Pesquisa de testes estáticos em estruturas de pavimento de pontes de aço pavimentadas por alta

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8796 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O pavimento de tabuleiros de pontes de aço sempre foi um ponto chave e difícil na construção de pontes de longo vão. Na engenharia prática, o material de pavimentação comum é o asfalto, e sérios danos são causados ​​à camada do pavimento na fase inicial. Neste estudo, um concreto polimérico de fibra híbrida de alto desempenho e alto teor foi utilizado como material de pavimentação. Foi realizado um ensaio na pequena viga da estrutura mista formada pela camada de pavimento e placa de aço, e um ensaio de momento fletor positivo/negativo foi realizado para analisar a rigidez e a capacidade de carga da estrutura mista. Conforme revelado nos resultados da pesquisa, a rigidez à flexão e à tração da estrutura e a capacidade de suporte da estrutura mista apresentaram desempenho superior, aumentaram significativamente com a espessura do pavimento, mas aumentaram lentamente depois que a espessura do pavimento excedeu 80 mm e o aumento na espessura contribuiu pouco à capacidade de carga. Sob a ação simulada de um momento fletor positivo/negativo, a camada do pavimento ainda exibia certas características de ruptura dúctil quando a estrutura estava suportando uma carga última. Isso prova que o concreto polimérico de fibra híbrida com alto teor apresenta propriedades mecânicas adequadas para pavimentos de pontes de aço.

Os pavimentos de tabuleiros de pontes de aço continuam a ser uma chave e um desafio na construção de pontes de longo vão. Na engenharia atual, defeitos graves ocorrem nas camadas do pavimento numa fase inicial1. O concreto de cimento é um material de pavimento comum, mas raramente é usado em pavimentos de tabuleiros de pontes de aço porque é frágil, com uma pequena deformação limite admissível. Quando o concreto de cimento comum é utilizado no pavimento de leitos de concreto de cimento comum sem reforço, muitas fissuras verticais e horizontais aparecem na superfície ou no interior do concreto, que podem ser detectadas por inspeção visual ou por métodos de ensaios não destrutivos mais avançados2,3, 4,5,6. Devido à alta flexibilidade dos tabuleiros de pontes de aço ortotrópico, uma grande diferença entre a deformação da camada do pavimento e os tabuleiros da ponte é obtida sob o carregamento do veículo; portanto, o concreto de cimento tradicional não pode ser aplicado em tabuleiros de pontes de aço. Atualmente, o asfalto é maduro e comumente usado para pavimentos de pontes de aço.

As estruturas de pavimento de tabuleiros de pontes de aço são geralmente divididas em sistemas de pavimento de camada única e multicamadas. Diferentes países ou regiões têm climas (por exemplo, temperaturas e precipitações extremas) e volumes de tráfego diferentes; portanto, o esquema do pavimento deve ser selecionado com base na experiência específica de engenharia. Na América, a maioria dos tabuleiros de pontes de aço são pavimentados com asfalto epóxi de camada única. Esta tecnologia é relativamente madura7,8,9. A forma estrutural é apresentada na Fig. Na Alemanha, o pavimento de um tabuleiro de ponte de aço é complicado, com múltiplas camadas e elevada espessura do pavimento. A forma estrutural é mostrada na Fig. Na Grã-Bretanha, um tabuleiro de ponte de aço típico tem muitas camadas de pavimento, mas a espessura total é de apenas aproximadamente 4 cm. A forma estrutural está ilustrada na Fig. Em França, um tabuleiro de ponte de aço típico tem quatro camadas de pavimento, com uma espessura total de aproximadamente 5 cm. A forma estrutural é ilustrada na Fig.

Estruturas de pavimento típicas de tabuleiros de pontes metálicas. (a) Estrutura típica do pavimento na América; (b) estrutura de pavimento típica na Alemanha; (c) estrutura de pavimento típica na Grã-Bretanha; (d) estrutura típica do pavimento em França.

No entanto, o asfalto pode apresentar muitos problemas que ocorrem na engenharia prática. Por exemplo, o concreto asfáltico misturado a quente necessita de ambientes e temperaturas de mistura elevadas, que restringem o tempo de construção, resultando em um curto período de construção durante todo o ano10,11,12. O concreto asfáltico grauteado6,10,13,14,15 apresenta baixa durabilidade quando utilizado como camada superior do pavimento metálico do tabuleiro de pontes15,16,17. O concreto asfáltico modificado necessita de grande espessura quando utilizado em pavimentos de tabuleiros de pontes metálicas18,19. Fissuras longitudinais, fendas de poços ou vazios intercamadas podem frequentemente ser observados em camadas de pavimento20,21 quando se utiliza asfalto epóxi22,23,24 como pavimento de tabuleiro de ponte de aço.