一種frp管約束水泥基復合材料加固墩柱結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于土木工程、建筑工程、公路工程和市政工程領域，涉及一種FRP管約束水泥基復合材料加固墩柱結構。
【背景技術】
[0002]鋼筋混凝土結構已廣泛應用于土木、民用建筑等工程領域中，現(xiàn)已成為我們生活中應用最多的結構。墩柱作為結構的主要受力構件，其安全性能影響整個結構的整體性能。由于施工水平、設計標準等方面的缺陷，結構的各種病害也逐漸暴露出來，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。常見的墩柱結構病害體現(xiàn)在墩柱承載力下降、混凝土保護層剝落、混凝土開裂之后導致的鋼筋的銹蝕、剛度降低、抗震性能不足等方面。
[0003]工程結構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)向預應力加固等。以上幾種加固方法主要存在鋼板和預應力筋易銹蝕、樹脂易剝落老化、影響結構使用空間以及操作較為繁瑣等問題，尤其對于加固水下墩柱結構，工程量較大、施工成本較高。
[0004]在公開號為CN201420198404.1的專利文件中，公開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構物的表面，在鋼模板與加固結構物之間填充水泥砂漿，缺點在于鋼套筒質量較大、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部，對結構損傷較大。
[0005]在公開號為CN201320011706.9的專利文件中，公開了一種水下墩柱的加固裝置，
在加固結構物頂部設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構物中間的空隙填充灌漿料，該實用新型可以克服水下加固墩柱需要構筑圍堰的缺陷，但是該裝置對鋼支架的要求較高，需要用錨固螺栓固定在加固結構物表面，尤其墩柱結構上部凈空較小時無法架設支架，操作較復雜且對結構物損傷較大。
[0006]在公開號為CN201320011706.9的專利文件中，公開了一種纖維復合材料網(wǎng)格筋加固水下結構的方法，該實用新型可以極大的提高加固結構物的抗壓承載力，不需要構筑圍堰結構，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)套管由縱向剖開的兩部分組成，隔離體兩端需要進行混凝土封閉，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，操作工藝較復雜且不利于水下施工。
[0007]在公開號為CN201010193601.0的專利文件中，公開了一種用強化纖維復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砂漿對破損處進行修補，并用刮刀刮平修復至原結構尺寸，然后將樹脂膠涂抹在纖維布表面進行加固。該方法用于水下施工時對潛水員的要求較高，操作較為復雜，在纏繞纖維布加固墩柱結構時，不可避免的會將部分水分包裹進去，影響樹脂膠的粘結效果且樹脂膠容易老化。
[0008]纖維增強復合材料和工程用水泥基復合材料(ECC)的出現(xiàn)，可以很好的彌補這些缺陷。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，遠遠高于普通混凝土和鋼纖維混凝土。在增強加固墩柱軸壓承載力的同時，提高墩柱結構的抗震性能。纖維復合材料具有較高的抗拉強度，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墩柱的軸壓承載力，施工完畢后不需要拆卸，操作簡單。
【實用新型內容】
[0009]技術問題:本實用新型提供一種充分發(fā)揮了纖維增強復合材料底座、纖維增強復合材料管、工程用水泥基復合材料(ECC)和纖維格柵網(wǎng)片各自的優(yōu)點，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構的承載力、抗沖刷能力、抗震性能、延性、抗疲勞和耐久性能的纖維增強復合材料管約束水泥基復合材料加固墩柱結構。本實用新型加固效果顯著，操作方法簡單，后期的養(yǎng)護和維修費用較低，使用壽命周期明顯延長。
[0010]技術方案:本實用新型的FRP管約束水泥基復合材料加固墩柱結構，包括墩柱、設置在所述墩柱底部的纖維增強復合材料底座、圍繞所述墩柱設置的纖維增強復合材料管、設置在纖維增強復合材料管上端的限位器、填充在纖維增強復合材料管與墩柱之間的工程用水泥基復合材料，纖維增強復合材料管下端與纖維增強復合材料底座固定連接在一起，上端通過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，所述螺桿一端穿過套箍與墩柱表面固定連接，所述Y形擋片抵壓在纖維增強復合材料管內壁上，并在剛性彈簧的彈力下壓緊，限位螺帽沿螺桿設置，用以調整Y型檔片的水平位置。
[0011]本實用新型的優(yōu)選方案中，纖維增強復合材料底座材質為碳纖維、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復合材料。纖維增強復合材料底座由多個分段組件組合拼接而成，上側設置凹槽，所述纖維增強復合材料管的下端直接插入到凹槽中。
[0012]本實用新型的優(yōu)選方案中，纖維增強復合材料管的材質為碳纖維、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合材料，纖維增強復合材料管是由多個FRP材料薄板經加工、組裝而成的環(huán)狀結構物。
[0013]本實用新型的優(yōu)選方案中，工程用水泥基復合材料的組分為:水泥、粉煤灰、石英砂、纖維、硅灰、增稠劑和速凝劑。
[0014]本實用新型的優(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)片可以通過錨固銷釘固定在墩柱上。
[0015]本實用新型利用纖維增強復合材料底座、纖維增強復合材料管、水泥基復合材料和格柵網(wǎng)片對建筑物的墩柱、粧基結構局部或者整體進行增強加固，尤其適用于水下結構基礎的增強加固，加固后的墩柱結構具有高承載能力、抗沖刷能力、抗震性能、延性、抗疲勞和耐久性能。該實用新型加固效果顯著，操作方法簡單，后期的養(yǎng)護和維修費用較低，使用壽命周期明顯延長。
[0016]有益效果:本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:
[0017]1.限位器定位準確，可循環(huán)利用
[0018]現(xiàn)有專利文件和相關文獻公開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，安裝在模板內壁上，限位器長度固定。在安裝限位器的過程中，往往需要將外側的施工模板鑿穿，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，在施工過程中如果不能保證兩側對稱施工，很容易導致模板產生側向偏移，且無法進行調整。
[0019]本實用新型設計的限位器定位更加準確，Y形擋片上端套在螺桿上，下端與纖維增強復合材料管內壁相連，螺桿通過圓形套箍固定在結構物表面，不會發(fā)生滑落現(xiàn)象。施工過程中可根據(jù)加固方案的要求，通過調節(jié)限位螺帽的位置，隨時調整限位器的長度大小，確保模板位置準確，不發(fā)生偏移。施工結束后，可將限位裝置卸掉，循環(huán)利用，節(jié)約材料。
[0020]2.施工方便、節(jié)約工程施工成本
[0021]在公開號為CN201320011706.9的專利文件中，公開了一種水下墩柱的加固裝置，
在加固結構物頂部設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筑圍堰的缺陷，但是該裝置對鋼支架的要求較高，需要用錨固螺栓固定在加固結構物表面，尤其墩柱結構上部凈空較小時無法架設支架，操作較復雜、施工成本較高，對結構物損傷較大。且在澆筑灌漿料時，每澆筑15cm需要養(yǎng)護至少8h，如此直至套筒內的空隙被填滿為止。
[0022]本實用新型中采用纖維增強復合材料底座作為施工承托，纖維增強復合材料管直接插入到底座上的凹槽中，同時起到限位器和套箍約束的作用，凹槽內部設置有可壓縮性密封條，加固時不需要搭設施工支架，不需要構筑施工圍堰，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合材料(ECC材料)，不需要分段、分級施工，可一次性澆筑成型，明顯縮短施工工期。纖維增強復合材料底座由兩部分或兩部分以上組裝而成，結構形式多種多樣，可根據(jù)加固工程需要進行預制加工，與不銹鋼鋼材相比，可大幅度降低施工成本。
[0023]3.纖維增強復合材料管綠色環(huán)保、強度高、加固效果顯著
[0024]在公開號為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，除鋼管質量較大、易腐蝕外，提供的環(huán)向抗拉強度劣于FRP材料，且鋼鐵企業(yè)在生產過程中，不僅需要投入大量的物質資源和能量資源，還排放大量的廢棄物:廢水、廢氣和固體廢棄物。這些廢棄物對環(huán)境造成危害、對人類健康形成威脅。
[0025]本實用新型提供一種纖維增強復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%，而提供的抗拉強度約為普通鋼筋的10倍以上，提供的環(huán)向約束強度更高，加固效果更顯著。FRP材料一種高性能綠色環(huán)保材料，具有輕質高強、耐腐蝕、耐久性能好、施工便捷等性能特點，生產FRP材料不需要耗費大量的物質資源和能量資料，對環(huán)境不會造成危害。
[0026]3.密封性較高、對結構物無損傷
[0027]在公開號為CN201420198404.1的專利文件中，公開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構物的表面。在公開號為CN200910080051.9的專利文件中，公開了一種纖維復合材料網(wǎng)格筋加固水下結構的方法，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)套管由縱向剖開的兩部分組成，隔離體兩端需要進行混凝土封閉。由于鋼套筒質量較大、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、對結構物損傷也較大。
[0028]本實用新型的纖維增強復合材料管是由纖維增強復合材料薄板經加工、組裝而形成的環(huán)狀結構物，與多節(jié)拼裝的鋼模板或者不銹鋼套管相比，質量較小，有效的提高了模板的密封性能，防水效果更好。同時，纖維增強復合材料管不需要通過錨固螺栓固定，只需要插入纖維增強復合材料底座中便可，纖維增強復合材料底座通過兩側的緊固螺栓固定在墩柱結構上，對結構物無損傷。
[0029]5.整體性好
[0030]公開號為CN