呼吸新的桥梁

北卡罗莱纳州有数百座桥梁，全国各地也有数千座，坦白说，这些桥梁的形状都很粗糙。

它们不能像习惯于它们一样重量，而运输官员不能像他们一样快速地取代它们。但是，NC国家的研究人员已经提出了一种改造许多这些桥梁的方法 - 恢复其丢失的能力并购买策划者时间来放置一个长期解决方案。

需要明确的是，我们并不是在讨论设计成承载40吨负荷的大型公路桥。我们说的是设计承载重量不超过25吨的桥梁，从乡村道路到城市道路，到处都可以看到这种桥梁。

所有的桥梁都在老化——而且并不优雅。但是北卡罗来纳州立大学的新改造方案是专门针对预应力混凝土梁的桥梁而开发的。

预应力混凝土梁是桥梁建设中最常用的材料之一。它们的制作方法是将钢索拉伸至数千磅的张力，然后在钢索周围浇筑混凝土。

一旦混凝土已经设定，张力就会从这些股线的末端释放。然后将股线尝试重新弹成形状，并且该力压缩周围的混凝土。该力足够强大，可以在梁中弯曲混凝土，将少量拱门或副纸放在梁中。

绷紧钢绞线沿着梁的底部抗张力，混凝土抵抗顶部的压缩 - 这是使梁（和桥梁）如此强大。如果这两个力变得不平衡，则梁输掉容量，这意味着它不能支撑重量。当然，这不是一个在桥上寻找的东西。

随着时间的推移，内钢绞线可以暴露于外部化学品，例如道路盐。这使得股线腐蚀，膨胀金属并损坏周围的混凝土。这进一步暴露钢绞线，加速腐蚀过程。不出所料，腐蚀会导致钢绞线失去张力，削弱梁。另一个常见的问题是当过度高度的车辆进入桥梁时发生的钢绞线损坏 - 这比你想象的更频繁。

所有这一切的意思是旨在承载15吨载荷的桥，现在只能携带12吨，或更少。发生这种情况时，运输官员在桥上发布了新的负载限制。

换句话说，这座桥对较轻的车辆来说仍然是安全的，但较重的车辆——如校车、自卸卡车和农业设备——可能不得不绕道而行。这些弯路在时间和金钱上都很昂贵。

进入布拉德麦科伊是2016年美国军队工程师的中校的中校开始了三年的博士学位。计划土木工程在数控状态。

一个成本效益的昂贵问题的解决方案

McCoy与国家公安，建筑和环境工程系中的研究人员合作，提出了一种改造的解决方案，用于呼吸新的生活进入旧桥梁。

“通过将预压力的纤维增强聚合物板连接到这些桥梁上，我们能够将桥梁恢复到其原始的装载能力，使它们再次可通往较大的车辆，”Mycoy说，他们于5月10日毕业并现在a professor teaching civil engineering in the Department of Civil and Mechanical Engineering at the U.S. Military Academy.

“这种改造解决方案旨在恢复至少三到五年的承载能力，交通官员时间计划，预算和建造永久性维修或桥梁更换。”

所讨论的板材长，薄，刚性板 - 仅4英寸宽，厚度为一英寸厚 - 这是在防水聚合物中包装的碳和玻璃纤维的主要原因。

“这些板材已经商业上可用，我们可以在我们需要的长度中获得它们，”McCoy说。“这是一个很大的优势，因为我们不需要从头开始创建一些东西，然后找到一种扩大生产的方法。虽然板材已有几年，但我们是第一个预防这种材料，以恢复载荷能力到预应力的混凝土桥梁。“

快速安装板很重要，因为关闭了桥梁中断流量。

更重要的是，McCoy和他的合作者已经开发出一个解决这个解决方案的系统，这应该允许运输官员在一到三天内改进桥梁，具体取决于桥的大小。

“快速安装车牌很重要，因为关闭桥梁会中断交通，”McCoy说。“我们希望确保这个解决方案能够快速恢复流量，并尽可能少地使用人力资源。”

研究人员在小范围内对相关材料进行了详尽的测试，现在正在北卡罗来纳州的建设设施实验室(CFL)进行大规模测试，规模非常大。

比新

“我们测试了以前在北卡罗来纳州桥梁服务的混凝土梁，由NC运输部（NCDOT）提供，”格雷格·莱克斯表示，他管理CFL。

研究人员已经测试了c型槽梁，这种梁在全国各地的桥梁中都有发现，但在新建筑中不再常见。c型梁有30英尺长，重4吨，这让你对测试的规模有了一个概念。结果远远超出了预期。

例如，在CFL中测试的C沟道梁之一被损坏，即它降低到其原始操作负荷能力的70％以下 - 这是用于在可以穿过的车辆的尺寸上设定限制桥。

但在应用改造板后，NC国家研究人员发现了这一点他们实际上可以增加主梁15%的运行负荷在恶化之前的运行能力。

“这是一个成功，”McCoy说。“根据桥梁的需要，我们可以让梁恢复到原来的运行载荷，也可以增加它，无论哪种方式，弹性都会增加。我们的目标是在三到五年内完全恢复功能。我们开发的技术既能全面恢复功能，又能让NCDOT有时间更换受损的基础设施，同时将对当地人口和工业的影响降到最低。”

我们的目标是恢复全部功能三到五年。

CFL团队目前正在测试空心板梁，这种梁比c型槽更大，长40英尺，重7.5吨。这些也被广泛使用，并仍在新建筑中使用。

与此同时，工程师们已经将他们的工作搬出了实验室。

现实世界条件

4月，MCCOY和NCDOT的维护团队在富兰克林县的双车道上安装了改造板。该桥的桥梁损坏了混凝土粉碎，靠近桥梁中间的钢绞线的部分。

“这是真实世界的测试，”卢西尔说，他是北卡罗来纳州立大学土木、建筑和环境工程研究助理教授。“当这座桥在6个月内被替换时，我们将能够将这些梁引入CFL，以测试改造系统在服役时的表现。”

这是真实的测试。

NCDOT的研发经理Neil Mastin说:“NCDOT维护着横跨北卡罗莱纳州的13000座桥梁。“管理这样一个庞大的网络需要许多工具来最大化有限的资源，并为公众提供一个安全、功能齐全的高速公路系统。我们的研究项目和北卡罗来纳州立大学的合作伙伴是扩大该工具集的关键组成部分。这项研究项目为延长桥梁的使用寿命提供了可能性，直到它可以被替换。我们期待北卡罗来纳州立大学的团队在创新基础设施解决方案方面开展更多工作。”

“我们很高兴看到我们的研究成果产生了真正的影响，”McCoy说。“这种新方法是一种经济有效的解决方案，可以用最少的人力和物力延长现有基础设施的使用寿命。现在正是经济、环境和社会影响至关重要的时候，我们要努力提高我国基础设施的总体可持续性。”