田纳西州新建FRP桥梁,促进复合材料在农村基础设施中的应用

嵌入式光纤传感器,为IACMI和行业合作伙伴提供复合材料桥面的关键性能和安全数据,促进联邦、州和地方采用复合材料。

由Structural Composites Inc. (SCI, Melbourne, Fla., U.S.)开发的,在田纳西州中北部新安装的一座复合材料桥据说展示了老化基础设施的可持续解决方案。该桥配备了嵌入光纤传感器的纤维增强聚合物FRP)桥面,取代了一座有数十年历史的受损混凝土桥面,该桥与全州和全国数以千计的农村低流量桥梁一样,被评为结构缺陷和过时。在先进复合材料制造创新研究所(IACMI,美国田纳西州诺克斯维尔)的保护伞下,由田纳西州复合材料应用集团(CAG,麦克唐纳)领导的近十家私营公司与行业组织和大学研究人员合作,使复合材料桥成为现实。

根据美国土木工程师协会(美国维吉尼亚州雷斯顿)的统计,在美国超过61.7万座桥梁中,约有8%的桥梁存在结构缺陷,需要维修。FRP复合材料提供了一种低成本、低维护的选择,田纳西州农村的新结构,旨在展示复合材料对农村桥梁工程的好处。

摩根县公路总监乔-米勒说:”这座复合材料桥梁已经对摩根县产生了积极的影响。”他补充说,县政府官员正在寻找一种低维护的桥梁,与传统方法相比,它可以快速安装,成本更低。”我们在县内有许多桥梁,在全州有数百座需要维修的桥梁,可以从这项技术中受益。”

玻璃钢桥梁制作。

16×25英尺的桥面是为高强度而设计的,据说比混凝土轻90%。它有两块8×25英尺的耐腐蚀玻璃钢桥面板,是在受控环境下异地制造的。由于完成的桥面部分非常轻巧,它们可以在一天内用叉车运输到桥面现场并进行安装,通过减少现场准备所需的施工设备,减少了安装时间和能源成本。

IACMI技术经理John Unser同时也是CAG公司的计划和项目管理副总裁,他说复合材料用于桥面应用已经有20多年的历史了,并且已经超过了美国州公路和运输官员协会(AASHTO,美国华盛顿特区)制定的所有性能和安全标准。但他说,当谈到复合材料桥面铺装时,全国许多交通部门,特别是那些来自较小辖区的交通部门,并不熟悉这项技术。

IACMI及其行业合作伙伴正在开发一个基于摩根县桥梁项目的综合案例研究,包括比较典型的混凝土桥和使用玻璃钢桥面的总成本。Unser表示,研究结果将与联邦、州和地方官员、交通部门和土木工程界分享,这样FRP复合材料将更多地被他们 “熟知”。

田纳西大学诺克斯维尔分校(UTK)的研究人员和纤维与复合材料制造设施的工程学生是桥梁合作的一部分。他们在生产过程中,将Luna Innovations(美国维吉尼亚州罗阿诺克)开发的智能光纤传感器嵌入桥梁表面。这些高密度的传感器被用于监测复合材料桥面系统的时间,以提供关键的性能和安全数据,从而为桥梁等老化基础设施提供可持续的解决方案。此外,UT开发的无线技术正被用于通过云计算远程监测桥梁系统的反应和交通量统计。

“缺乏耐久性数据是在民用基础设施中采用包括碳纤维、玄武岩或玻璃纤维增强聚合物复合材料在内的新型和先进材料的主要障碍之一,”UT的Tickle工程学院Fred N. Peebles教授和IACMI的材料和加工特性研究员Dayakar Penumadu说。

Penumadu补充说:”这是快速集成新材料和结构的主要障碍,因此需要通过IACMI项目进行成功示范。桥面是最容易损坏的构件,我们正在整合分布在复合材料桥面的智能传感器,这将为我们提供有价值的性能数据,并在未来几年内提供。”

 

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