一種frp管約束水泥基復(fù)合材料加固墩柱結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程、建筑工程、公路工程和市政工程領(lǐng)域，涉及一種FRP管約束水泥基復(fù)合材料加固墩柱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于土木、民用建筑等工程領(lǐng)域中，現(xiàn)已成為我們生活中應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)。墩柱作為結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，其安全性能影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性能。由于施工水平、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等方面的缺陷，結(jié)構(gòu)的各種病害也逐漸暴露出來(lái)，尤其是在惡劣環(huán)境，如凍融、酸、堿和鹽等環(huán)境，以及在河海水沖刷、車輛等撞擊作用下表現(xiàn)的尤為明顯。常見(jiàn)的墩柱結(jié)構(gòu)病害體現(xiàn)在墩柱承載力下降、混凝土保護(hù)層剝落、混凝土開(kāi)裂之后導(dǎo)致的鋼筋的銹蝕、剛度降低、抗震性能不足等方面。
[0003]工程結(jié)構(gòu)中常用的加固墩柱的方法主要有增大截面法、粘貼鋼板法、粘貼FRP布加固、環(huán)向預(yù)應(yīng)力加固等。以上幾種加固方法主要存在鋼板和預(yù)應(yīng)力筋易銹蝕、樹(shù)脂易剝落老化、影響結(jié)構(gòu)使用空間以及操作較為繁瑣等問(wèn)題，尤其對(duì)于加固水下墩柱結(jié)構(gòu)，工程量較大、施工成本較高。
[0004]在公開(kāi)號(hào)為CN201420198404.1的專利文件中，公開(kāi)了一種混凝土柱的加固系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用鋼套筒作為施工模板，依靠錨固螺栓將剛模板固定在結(jié)構(gòu)物的表面，在鋼模板與加固結(jié)構(gòu)物之間填充水泥砂漿，缺點(diǎn)在于鋼套筒質(zhì)量較大、易腐蝕、需要分塊拼接、密封性較差，錨固螺栓要固定在加固物的內(nèi)部，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷較大。
[0005]在公開(kāi)號(hào)為CN201320011706.9的專利文件中，公開(kāi)了一種水下墩柱的加固裝置，
在加固結(jié)構(gòu)物頂部設(shè)置鋼支架固定玻璃纖維套管，然后在玻璃纖維套管和加固結(jié)構(gòu)物中間的空隙填充灌漿料，該發(fā)明可以克服水下加固墩柱需要構(gòu)筑圍堰的缺陷，但是該裝置對(duì)鋼支架的要求較高，需要用錨固螺栓固定在加固結(jié)構(gòu)物表面，尤其墩柱結(jié)構(gòu)上部?jī)艨蛰^小時(shí)無(wú)法架設(shè)支架，操作較復(fù)雜且對(duì)結(jié)構(gòu)物損傷較大。
[0006]在公開(kāi)號(hào)為CN201320011706.9的專利文件中，公開(kāi)了一種纖維復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，該發(fā)明可以極大的提高加固結(jié)構(gòu)物的抗壓承載力，不需要構(gòu)筑圍堰結(jié)構(gòu)，但施工中采用的隔離體為鋼套管或者不銹鋼套管，需要多節(jié)拼裝而成，而且每一節(jié)套管由縱向剖開(kāi)的兩部分組成，隔離體兩端需要進(jìn)行混凝土封閉，操作較為繁瑣。加固完成后還需要將套管或者鋼模板切割回收，操作工藝較復(fù)雜且不利于水下施工。
[0007]在公開(kāi)號(hào)為CN201010193601.0的專利文件中，公開(kāi)了一種用強(qiáng)化纖維復(fù)合材料布包裹水中粧柱的加固方法，在使用之前需要用修補(bǔ)砂漿對(duì)破損處進(jìn)行修補(bǔ)，并用刮刀刮平修復(fù)至原結(jié)構(gòu)尺寸，然后將樹(shù)脂膠涂抹在纖維布表面進(jìn)行加固。該方法用于水下施工時(shí)對(duì)潛水員的要求較高，操作較為復(fù)雜，在纏繞纖維布加固墩柱結(jié)構(gòu)時(shí)，不可避免的會(huì)將部分水分包裹進(jìn)去，影響樹(shù)脂膠的粘結(jié)效果且樹(shù)脂膠容易老化。
[0008]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和工程用水泥基復(fù)合材料(ECC)的出現(xiàn)，可以很好的彌補(bǔ)這些缺陷。ECC在剪切和軸向荷載作用下，表現(xiàn)出較高的延性和超高的韌性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土和鋼纖維混凝土。在增強(qiáng)加固墩柱軸壓承載力的同時(shí)，提高墩柱結(jié)構(gòu)的抗震性能。纖維復(fù)合材料具有較高的抗拉強(qiáng)度，耐腐性和耐久性較好，不僅可以作為施工模板使用，還可以作為加固材料增強(qiáng)墩柱的軸壓承載力，施工完畢后不需要拆卸，操作簡(jiǎn)單。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種充分發(fā)揮了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管、工程用水泥基復(fù)合材料(ECC)和纖維格柵網(wǎng)片各自的優(yōu)點(diǎn)，他們之間的相互約束作用使得單種材料的優(yōu)良性能都得到了較大的提高，有效的提高了墩柱結(jié)構(gòu)的承載力、抗沖刷能力、抗震性能、延性、抗疲勞和耐久性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管約束水泥基復(fù)合材料加固墩柱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明加固效果顯著，操作方法簡(jiǎn)單，后期的養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用較低，使用壽命周期明顯延長(zhǎng)。
[0010]技術(shù)方案:本發(fā)明的FRP管約束水泥基復(fù)合材料加固墩柱結(jié)構(gòu)，包括墩柱、設(shè)置在所述墩柱底部的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座、圍繞所述墩柱設(shè)置的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管、設(shè)置在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管上端的限位器、填充在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與墩柱之間的工程用水泥基復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管下端與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座固定連接在一起，上端通過(guò)限位器與墩柱固定連接在一起。限位器包括螺桿、固定在所述螺桿一端的套箍、固定在螺桿另一端的頂片、套在螺桿上的剛性彈簧、Y形擋片以及限位螺帽，所述螺桿一端穿過(guò)套箍與墩柱表面固定連接，所述Y形擋片抵壓在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管內(nèi)壁上，并在剛性彈簧的彈力下壓緊，限位螺帽沿螺桿設(shè)置，用以調(diào)整Y型檔片的水平位置。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)選方案中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座材質(zhì)為碳纖維、耐堿玻璃纖維、芳綸纖維或玄武巖纖維，或者由上述兩種或兩種以上纖維組成的混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座由多個(gè)分段組件組合拼接而成，上側(cè)設(shè)置凹槽，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的下端直接插入到凹槽中。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)選方案中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的材質(zhì)為碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或耐堿玻璃纖維，或者由上述兩種或兩種以上纖維組成的混雜纖維復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管是由多個(gè)FRP材料薄板經(jīng)加工、組裝而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)物。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)選方案中，工程用水泥基復(fù)合材料的組分為:水泥、粉煤灰、石英砂、纖維、硅灰、增稠劑和速凝劑。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)選方案中，墩柱外表面纏繞有纖維格柵網(wǎng)片，纖維格柵網(wǎng)片可以為碳纖維格柵網(wǎng)片、芳綸纖維格柵網(wǎng)片、玄武巖格柵網(wǎng)片、耐堿玻璃纖維格柵網(wǎng)片或混雜纖維格柵網(wǎng)片，所述混雜纖維格柵網(wǎng)片是指具有上述兩種或者兩種以上纖維的格柵網(wǎng)片，纖維格柵網(wǎng)片可以通過(guò)錨固銷釘固定在墩柱上。
[0015]本發(fā)明利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管、水泥基復(fù)合材料和格柵網(wǎng)片對(duì)建筑物的墩柱、粧基結(jié)構(gòu)局部或者整體進(jìn)行增強(qiáng)加固，尤其適用于水下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的增強(qiáng)加固，加固后的墩柱結(jié)構(gòu)具有高承載能力、抗沖刷能力、抗震性能、延性、抗疲勞和耐久性能。該發(fā)明加固效果顯著，操作方法簡(jiǎn)單，后期的養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用較低，使用壽命周期明顯延長(zhǎng)。
[0016]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.限位器定位準(zhǔn)確，可循環(huán)利用現(xiàn)有專利文件和相關(guān)文獻(xiàn)公開(kāi)的墩柱加固裝置中多采用方形、凸形或者錨固螺栓作為限位器裝置，安裝在模板內(nèi)壁上，限位器長(zhǎng)度固定。在安裝限位器的過(guò)程中，往往需要將外側(cè)的施工模板鑿穿，破壞模板的整體性。這些限位裝置雖然能夠起到限位的作用，但施工過(guò)程中受施工環(huán)境的影響較大，限位器容易隨澆筑物滑落到套管底部，失去限位作用。其次，在施工過(guò)程中如果不能保證兩側(cè)對(duì)稱施工，很容易導(dǎo)致模板產(chǎn)生側(cè)向偏移，且無(wú)法進(jìn)行調(diào)整。
[0017]本發(fā)明設(shè)計(jì)的限位器定位更加準(zhǔn)確，Y形擋片上端套在螺桿上，下端與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管內(nèi)壁相連，螺桿通過(guò)圓形套箍固定在結(jié)構(gòu)物表面，不會(huì)發(fā)生滑落現(xiàn)象。施工過(guò)程中可根據(jù)加固方案的要求，通過(guò)調(diào)節(jié)限位螺帽的位置，隨時(shí)調(diào)整限位器的長(zhǎng)度大小，確保模板位置準(zhǔn)確，不發(fā)生偏移。施工結(jié)束后，可將限位裝置卸掉，循環(huán)利用，節(jié)約材料。
[0018]2.施工方便、節(jié)約工程施工成本
在公開(kāi)號(hào)為CN201320011706.9的專利文件中，公開(kāi)了一種水下墩柱的加固裝置，在加固結(jié)構(gòu)物頂部設(shè)置鋼支架固定玻璃纖維套管。雖然克服水下加固墩柱需要構(gòu)筑圍堰的缺陷，但是該裝置對(duì)鋼支架的要求較高，需要用錨固螺栓固定在加固結(jié)構(gòu)物表面，尤其墩柱結(jié)構(gòu)上部?jī)艨蛰^小時(shí)無(wú)法架設(shè)支架，操作較復(fù)雜、施工成本較高，對(duì)結(jié)構(gòu)物損傷較大。且在澆筑灌漿料時(shí)，每澆筑15cm需要養(yǎng)護(hù)至少8h，如此直至套筒內(nèi)的空隙被填滿為止。
[0019]本發(fā)明中采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座作為施工承托，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管直接插入到底座上的凹槽中，同時(shí)起到限位器和套箍約束的作用，凹槽內(nèi)部設(shè)置有可壓縮性密封條，加固時(shí)不需要搭設(shè)施工支架，不需要構(gòu)筑施工圍堰，操作方便，尤其適用于加固水下混凝土墩柱。灌漿料采用工程用水泥基復(fù)合材料(ECC材料)，不需要分段、分級(jí)施工，可一次性澆筑成型，明顯縮短施工工期。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底座由兩部分或兩部分以上組裝而成，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可根據(jù)加固工程需要進(jìn)行預(yù)制加工，與不銹鋼鋼材相比，可大幅度降低施工成本。
[0020]3.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管綠色環(huán)保、強(qiáng)度高、加固效果顯著
在公開(kāi)號(hào)為 CN200810035614.8、CN200920264541.X、CN201220475538.4 和CN201420198404.1的專利文件中，均采用普通鋼或不銹鋼鋼管作為施工模板，除鋼管質(zhì)量較大、易腐蝕外，提供的環(huán)向抗拉強(qiáng)度劣于FRP材料，且鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅需要投入大量的物質(zhì)資源和能量資源，還排放大量的廢棄物:廢水、廢氣和固體廢棄物。這些廢棄物對(duì)環(huán)境造成危害、對(duì)人類健康形成威脅。
[0021]本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管作為施工模板，F(xiàn)RP材料的彈性模量較小，約為普通鋼筋的25%-75%，而提供的抗拉強(qiáng)度約為普通鋼筋的10倍以上，提供的環(huán)向約束強(qiáng)度更高，加固效果更顯著。FRP材料一種高性能綠色環(huán)保材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐久性能好、施工便捷等性能特點(diǎn)，生產(chǎn)FRP材料不需要耗費(fèi)大量的物質(zhì)資源和能量資料，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成危害。
[0022]3.密封性較高、對(duì)結(jié)構(gòu)物無(wú)損傷
在公開(kāi)號(hào)為CN201420198404.1的專利文件中，公開(kāi)了一種混凝土柱的加固系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用鋼套筒作為施工模板，依靠錨固螺栓將剛模板固定在結(jié)構(gòu)物的表面。在公開(kāi)號(hào)為CN200910080051.9的專利文件中，公開(kāi)了一種纖維復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，施工中采用的隔離體為多節(jié)拼裝的鋼套管或者不銹鋼套管，而且每一節(jié)套管由縱向剖開(kāi)的兩部分組成，隔離體兩端需要進(jìn)行混凝土封閉。由于鋼套筒質(zhì)量較大、易腐蝕、需要分塊拼接，因此以上兩種方法施工都較為繁瑣、密封性較差、對(duì)結(jié)構(gòu)物損傷也較大。
[0023]本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管是由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄板經(jīng)加工、組裝而形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)物，與多節(jié)拼裝的鋼模板或者不銹鋼套管相比，質(zhì)量較小，有效的提高了模板的密封性能，防水效果更好。同時(shí)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管不需