本發(fā)明涉及加固圓截面橋墩的方法。
背景技術：
現(xiàn)今常用的橋梁加固方法有增大截面加固、粘貼材料加固等多種方法。增大截面加固通過增加截面厚度提高構件的軸心受壓/偏心受壓承載能力，但是容易出現(xiàn)新老混凝土結合面強度不足的問題，且常規(guī)混凝土養(yǎng)生時間長，較粗的骨料無法較好的填充內部缺損混凝土；粘貼碳纖維布加固方法能充分利用碳纖維材料卓越的抗拉強度和剛度，但由于碳纖維布較薄，對柱的抗壓剛度提高并不顯著，且由于自身彈性模量與混凝土差異過大容易出現(xiàn)與混凝土脫落現(xiàn)象，而且碳纖維布造價高。
綜上所述，現(xiàn)有常用的橋梁加固技術存在界面強度不足、無法密實填充內部損傷空隙、施工繁瑣、施工周期長和無法同時提高構件抗拉和抗壓強度的缺點。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決現(xiàn)有常用的橋梁加固技術存在界面強度不足、無法密實填充內部損傷空隙、施工繁瑣、施工周期長和無法同時提高構件抗拉和抗壓強度的問題，而提供一種利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法。
一種利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法是按照以下步驟進行的：
一、鑿除混凝土橋墩加固部位混凝土表面砂漿層，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土橋墩表面，干燥混凝土橋墩加固部位；
二、對混凝土橋墩加固部位植入連接鋼筋，取兩個半圓形薄壁鋼套筒，然后在半圓形薄壁鋼套筒內部按梅花形布置焊接剪力釘，得到焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒；所述的半圓形薄壁鋼套筒焊接剪力釘間距為半圓形薄壁鋼套筒半徑的1/5～1/3；
所述的連接鋼筋直徑為8mm～12mm；所述的半圓形薄壁鋼套筒為厚度為2mm～6mm的半圓形鋼板；所述的半圓形薄壁鋼套筒半徑比混凝土橋墩加固部位半徑大10cm～30cm；所述的半圓形薄壁鋼套筒高度為50cm～300cm；所述的剪力釘直徑為8mm～16mm；
三、在混凝土橋墩加固部位表面，將兩個焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒相對焊接成薄壁鋼套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁鋼套筒內部澆注聚氨酯混凝土材料，自然條件下進行養(yǎng)護，即完成利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多異氰酸酯、穩(wěn)定劑和抑泡劑混合而成；所述的水泥與河砂的質量比為1:7；所述的粉煤灰與河砂的質量比為1:7；所述的聚醚多元醇與河砂的質量比為1:7；所述的多異氰酸酯與河砂的質量比為1:7；所述的穩(wěn)定劑與多異氰酸酯的質量比為(0.0002～0.0005):1；所述的抑泡劑與多異氰酸酯的質量比為(0.002～0.0035):1。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明加固技術是采用一種聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒結合使用的新型加固方法，聚氨酯混凝土材料不僅較強的抗拉/壓強度和剛度，而且具有極好的自密實效果，能夠較飽和的填充混凝土開裂造成的內部空隙部分，而且與舊混凝土和鋼材的粘結強度大，不會發(fā)生粘結界面的剝離破壞。外部焊接剪力釘?shù)匿撎淄残纬奢^好的加勁作用，與聚氨酯水泥復合材料同時受力。其既適用于軸心受壓墩的加固，又適用于偏心受壓加固，彎拉強度可達到15MPa～25MPa，抗壓能力可達到60MPa～70MPa。材料養(yǎng)生時間短，加固效果明顯，適用于外力撞擊作用下橋梁圓截面墩柱的加固。
本發(fā)明用于一種利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法。
附圖說明
圖1為本發(fā)明利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的示意圖，1為連接鋼筋，2為薄壁鋼套筒；3為剪力釘，4為聚氨酯混凝土材料，5為混凝土橋墩。
具體實施方式
本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。
具體實施方式一：結合圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法是按照以下步驟進行的：
一、鑿除混凝土橋墩加固部位混凝土表面砂漿層，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土橋墩表面，干燥混凝土橋墩加固部位；
二、對混凝土橋墩加固部位植入連接鋼筋，取兩個半圓形薄壁鋼套筒，然后在半圓形薄壁鋼套筒內部按梅花形布置焊接剪力釘，得到焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒；所述的半圓形薄壁鋼套筒焊接剪力釘間距為半圓形薄壁鋼套筒半徑的1/5～1/3；
所述的連接鋼筋直徑為8mm～12mm；所述的半圓形薄壁鋼套筒為厚度為2mm～6mm的半圓形鋼板；所述的半圓形薄壁鋼套筒半徑比混凝土橋墩加固部位半徑大10cm～30cm；所述的半圓形薄壁鋼套筒高度為50cm～300cm；所述的剪力釘直徑為8mm～16mm；
三、在混凝土橋墩加固部位表面，將兩個焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒相對焊接成薄壁鋼套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁鋼套筒內部澆注聚氨酯混凝土材料，自然條件下進行養(yǎng)護，即完成利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多異氰酸酯、穩(wěn)定劑和抑泡劑混合而成；所述的水泥與河砂的質量比為1:7；所述的粉煤灰與河砂的質量比為1:7；所述的聚醚多元醇與河砂的質量比為1:7；所述的多異氰酸酯與河砂的質量比為1:7；所述的穩(wěn)定劑與多異氰酸酯的質量比為(0.0002～0.0005):1；所述的抑泡劑與多異氰酸酯的質量比為(0.002～0.0035):1。
本具體實施方式根據(jù)加固需要，焊接不同厚度、直徑的半圓形薄壁鋼套筒。
本具體實施方式步驟三中為了保證河砂清潔度，采用水洗處理。
本具體實施方式所述的配制聚氨酯混凝土材料應分別滿足如下技術指標：聚醚多元醇：酸值，≤5mgKOH/g；羥值，450±10mgKOH/g；
本具體實施方式步驟三中所述的多異氰酸酯為萬華PM-200，俗稱黑料；
本具體實施方式步驟二中為保證界面處理的均勻性，采用壓縮空氣清潔橋墩表面；
本具體實施方式步驟二中按照圖紙對橋墩混凝土加固部位植入連接鋼筋，在半圓形薄壁鋼套筒焊接剪力釘，以保證新增截面能與原結構共同受力。
本具體實施方式步驟三中將兩個焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒相對焊接成薄壁鋼套筒，焊接方式在滿焊基礎上用小塊鋼板進行騎縫焊接。
本實施方式的有益效果是：本實施方式加固技術是采用一種聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒結合使用的新型加固方法，聚氨酯混凝土材料不僅較強的抗拉/壓強度和剛度，而且具有極好的自密實效果，能夠較飽和的填充混凝土開裂造成的內部空隙部分，而且與舊混凝土和鋼材的粘結強度大，不會發(fā)生粘結界面的剝離破壞。外部焊接剪力釘?shù)匿撎淄残纬奢^好的加勁作用，與聚氨酯水泥復合材料同時受力。其既適用于軸心受壓墩的加固，又適用于偏心受壓加固，彎拉強度可達到15MPa～25MPa，抗壓能力可達到60MPa～70MPa。材料養(yǎng)生時間短，加固效果明顯，適用于外力撞擊作用下橋梁圓截面墩柱的加固。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中當混凝土橋墩加固部位的混凝土破碎時，破碎混凝土應該清理至只剩下與主體連接完整的混凝土；當混凝土橋墩加固部位存在小于0.2mm的裂縫時，對裂縫進行封閉處理；當混凝土橋墩加固部位存在0.2mm～2mm的裂縫時，采用灌縫處理；當混凝土橋墩加固部位存在大于2mm的裂縫時，沿著裂縫走向按照20cm等間距，向裂縫走向鉆直徑不小于8mm的孔。其它與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同的是：步驟二中所述的連接鋼筋為普通鋼筋或螺栓式錨筋。其它與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟二中所述的剪力釘為螺栓。其它與具體實施方式一至三相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：步驟三中所述的河砂的粒徑為0.5mm～1.5mm；步驟三中所述的水泥為普通硅酸鹽水泥。其它與具體實施方式一至四相同。
本具體實施方式組成聚氨酯混凝土材料的各組分原材料的用量應根據(jù)現(xiàn)場配比試驗確定的最佳配合比計算、下料，精度不大于0.3％。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：步驟三中所述的多異氰酸酯為PM-200。其它與具體實施方式一至五相同。
本具體實施方式所述的配制聚氨酯混凝土材料應分別滿足如下技術指標：多異氰酸酯：純度≥98.5％。
本具體實施方式組成聚氨酯混凝土材料的各組分原材料的用量應根據(jù)現(xiàn)場配比試驗確定的最佳配合比計算、下料，精度不大于0.3％。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：步驟三中所述的穩(wěn)定劑為磷酸。其它與具體實施方式一至六相同。
本具體實施方式組成聚氨酯混凝土材料的各組分原材料的用量應根據(jù)現(xiàn)場配比試驗確定的最佳配合比計算、下料，精度不大于0.3％。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：步驟三中所述的抑泡劑為硅油。其它與具體實施方式一至七相同。
本具體實施方式組成聚氨酯混凝土材料的各組分原材料的用量應根據(jù)現(xiàn)場配比試驗確定的最佳配合比計算、下料，精度不大于0.3％。
具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟三中在薄壁鋼套筒內部澆注聚氨酯混凝土材料，自然條件下進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不應少于24h。其它與具體實施方式一至八相同。
本具體實施方式自然條件下進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不應少于24h，養(yǎng)護期間嚴禁雨水淋濕或浸泡。
具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟一中所述的混凝土橋墩為普通鋼筋混凝土構件，混凝土強度得不低于C20混凝土強度。其它與具體實施方式一至九相同。
采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：
實施例一：
本實施例所述的一種利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法，具體是按照以下步驟進行的：
一、鑿除混凝土橋墩加固部位混凝土表面砂漿層，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土橋墩表面，干燥混凝土橋墩加固部位；
二、對混凝土橋墩加固部位植入連接鋼筋，取兩個半圓形薄壁鋼套筒，然后在半圓形薄壁鋼套筒內部按梅花形布置焊接剪力釘，得到焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒；所述的半圓形薄壁鋼套筒焊接剪力釘間距為20cm；
所述的連接鋼筋直徑為10mm；所述的半圓形薄壁鋼套筒為厚度為2mm的半圓形鋼板；所述的半圓形薄壁鋼套筒半徑比混凝土橋墩加固部位半徑大10cm；所述的半圓形薄壁鋼套筒高度為50cm；所述的剪力釘直徑為8mm；
三、在混凝土橋墩加固部位表面，將兩個焊接剪力釘?shù)陌雸A形薄壁鋼套筒相對焊接成薄壁鋼套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁鋼套筒內部澆注聚氨酯混凝土材料，自然條件下進行養(yǎng)護，即完成利用聚氨酯混凝土材料與薄壁鋼套筒加固圓截面橋墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多異氰酸酯、穩(wěn)定劑和抑泡劑混合而成；所述的水泥與河砂的質量比為1:7；所述的粉煤灰與河砂的質量比為1:7；所述的聚醚多元醇與河砂的質量比為1:7；所述的多異氰酸酯與河砂的質量比為1:7；所述的穩(wěn)定劑與多異氰酸酯的質量比為0.0003:1；所述的抑泡劑與多異氰酸酯的質量比為0.002:1。
步驟一中所述的混凝土橋墩為鋼筋混凝土圓形墩。
步驟一中當混凝土橋墩加固部位的混凝土破碎時，破碎混凝土應該清理至只剩下與主體連接完整的混凝土；當混凝土橋墩加固部位存在小于0.2mm的裂縫時，對裂縫進行封閉處理；當混凝土橋墩加固部位存在0.2mm～2mm的裂縫時，采用灌縫處理；當混凝土橋墩加固部位存在大于2mm的裂縫時，沿著裂縫走向按照20cm等間距，向裂縫走向鉆直徑不小于8mm的孔，使得聚氨酯混凝土能夠較好的填充裂縫。
步驟二中所述的連接鋼筋為普通鋼筋。
步驟二中所述的剪力釘為螺栓。
步驟三中所述的河砂的粒徑為0.5mm～1.5mm；步驟三中所述的水泥為普通硅酸鹽水泥。步驟三中為了保證河砂清潔度，采用水洗處理。
步驟三中所述的多異氰酸酯為萬華PM-200，俗稱黑料；步驟三中所述的穩(wěn)定劑為磷酸；步驟三中所述的抑泡劑為硅油。
步驟三中所述的聚醚多元醇：酸值，≤5mgKOH/g；羥值，450±10mgKOH/g；步驟三中所述的多異氰酸酯：純度，≥98.5％。
步驟三中在薄壁鋼套筒內部澆注聚氨酯混凝土材料，自然條件下進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不應少于24h。
步驟一中所述的混凝土橋墩為普通鋼筋混凝土構件，混凝土強度得不低于C20混凝土強度。
對本實施例加固后的橋墩經(jīng)過荷載試驗：
鋼筋混凝土圓形墩的極限承載力為520kN，利用聚氨酯混凝土材料分別加固損傷60％墩、損傷80％墩和損傷100％墩后得到的極限承載力分別為1255kN，1074kN和766KN。相對鋼筋混凝土墩的極限承載力而言，分別提高了2.4倍、2.1倍和1.5倍；
鋼筋混凝土圓形墩破壞前的最大軸向位移為1.72mm，利用聚氨酯混凝土材料分別加固損傷60％墩、損傷80％墩和損傷100％墩后得到的最大位移分別為1.06mm、1.34mm和1.52mm。相對鋼筋混凝土圓形墩破壞時的最大軸向位移而言，分別降低了38％、22％和12％；
鋼筋混凝土圓形墩破壞前的最大環(huán)向應變?yōu)?552με，利用聚氨酯混凝土材料分別加固損傷60％墩、損傷80％墩和損傷100％墩后得到的環(huán)向最大應變分別為1848με、2034με和2376με。相對鋼筋混凝土圓形墩最大環(huán)向應變而言，分別降低了27.6％、20.3％和6.9％。
對加固后70.5×70.5×70.5mm立方體試塊進行抗壓強度試驗；對加固后400×100×100mm棱柱體試塊進行彎拉強度試驗；對150×150×150mm混凝土塊鑿除砂漿后澆筑聚氨酯混凝土材料進行界面粘結試驗；對150×150×150mm聚氨酯混凝土中心預埋10mm光圓鋼筋進行粘結試驗。試驗結果表明：聚氨酯復合材料抗壓強度為66MPa，抗折強度可以達到21.5MPa，與混凝土粘結強度為5.4MPa，與鋼筋剪切強度為4.6MPa。