军事技术可以看到聚合物绷带用于修复民用桥梁

长聚合物“绷带”的设计目的是让部队能够快速修复或加固桥梁,以承受113吨军用坦克运输车辆的重量,现在可以用于快速、廉价地加固全国各地老化的农村桥梁和混凝土涵洞。

在陆军工程兵团的初步资助下,劳伦斯银行(Lawrence Bank)担任美国陆军工程学院土木与环境工程教授威斯康星麦迪逊大学他和当时的学生安东尼·拉曼纳完善了这些绷带或纤维增强聚合物(FRP)带。然后他们通过威斯康星校友研究基金会获得了专利。

美国陆军工程研究与发展中心的结构工程师詹姆斯·雷说,在战时,隔离带可能是保持重要运输路线可用的关键。他说:“这些板条的主要用途是,如果桥梁开始时没有足够的容量。”。“与桥梁通常的设计用途相比,军事荷载非常重。”

使用纤维增强复合材料带支撑混凝土结构并不是一个新想法。十多年来,工作人员一直在将它们粘在适当的位置。

但是,将一座有几十年历史的混凝土桥的易碎、开裂和麻点的底面改造成适合使用胶水的表面需要良好的天气、大量的时间和不只是一点点的劳动。

班克说:“你必须喷砂;你必须用砂浆修补。”。“通常在桥上,你会在头顶上做一些事情,这也是令人不快的。”

用一种类似于电动钉的工具将金属条固定在桥上似乎是一种明显的选择。然而,问题是,现有的金属条,只包含纵向纤维,当紧固件刺穿它们时,它们就撑不住了。它们会裂开,就像钉子打错地方时干木板会裂开一样。

班克说:“当你用紧固件连接时,金属带必须具有不同的特性。”。“你必须有很高的承载强度——也就是说,你可以用这些紧固件按压钢带,它不会开裂。”

有点像没有棍子的管道胶带,班克和拉曼纳的加固带结合了碳纤维、玻璃纤维和玻璃垫。编织成紧密交叉的垫子是新条成功的关键。

班克说:“如果你在带子上打了一个洞,然后把洞往上推,织物就可以让它承载这个负荷。”。“如果你只有这些纵向纤维,如果你打一个洞,你推它,它就会滑动。”

银行的带子很硬,但不坚硬,就像超强绷带一样,工人可以用粉末驱动的混凝土紧固件快速、廉价地绑在桥的底部。

为了测试这些板条,2002年,威斯康星州埃杰顿县的工作人员将它们安装在上世纪30年代衰败的斯托顿路桥上。埃德格顿公共工程总监汤姆·哈泽尔(Tom Hartzell)说:“这真的很糟糕。”。“一路上都有一些大裂缝。”

在安装过程中,三名工人不到一天的时间就完成了安装,突然刮起了雷雨。这座桥的状况很差,雨水和径流从裂缝中倾泻而出。班克说:“在这种环境下,你们不能使用一种把金属条粘在一起的技术。”。

加固这座桥的总费用约为8000美元;最终,埃杰顿以19.68万美元的成本更换了它,包括计划制定、州审查、旧桥拆除和新桥建设。

在威斯康星州,州交通部(DOT)每两年对该州所有桥梁进行一次评估,并对其进行充分性评级。美国运输部桥梁维护和检查工程师马特·墨菲(Matt Murphy)说,如果一座桥梁的评级低于50,那么它很可能会被列入部分联邦资金更换的待审事项。马特·墨菲(Matt Murphy)负责监督威斯康星州西南部10个县的桥梁结构。

在这些县的1800座小桥(结构超过20英尺长)中,多达36座的合格率可能低于50。在这种情况下,它们可能是装载标志,这意味着它们对于重型车辆(如拖拉机或运奶卡车)来说是不安全的。“这对旅行的公众和当地人都是一个不便,”他说。

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