一种frp管约束水泥基复合材料加固墩柱结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于土木工程、建筑工程、公路工程和市政工程领域，涉及一种FRP管约束水泥基复合材料加固墩柱结构。
【背景技术】
[0002]钢筋混凝土结构已广泛应用于土木、民用建筑等工程领域中，现已成为我们生活中应用最多的结构。墩柱作为结构的主要受力构件，其安全性能影响整个结构的整体性能。由于施工水平、设计标准等方面的缺陷，结构的各种病害也逐渐暴露出来，尤其是在恶劣环境，如冻融、酸、碱和盐等环境，以及在河海水冲刷、车辆等撞击作用下表现的尤为明显。常见的墩柱结构病害体现在墩柱承载力下降、混凝土保护层剥落、混凝土开裂之后导致的钢筋的锈蚀、刚度降低、抗震性能不足等方面。
[0003]工程结构中常用的加固墩柱的方法主要有增大截面法、粘贴钢板法、粘贴FRP布加固、环向预应力加固等。以上几种加固方法主要存在钢板和预应力筋易锈蚀、树脂易剥落老化、影响结构使用空间以及操作较为繁琐等问题，尤其对于加固水下墩柱结构，工程量较大、施工成本较高。
[0004]在公开号为CN201420198404.1的专利文件中，公开了一种混凝土柱的加固系统，该系统采用钢套筒作为施工模板，依靠锚固螺栓将刚模板固定在结构物的表面，在钢模板与加固结构物之间填充水泥砂浆，缺点在于钢套筒质量较大、易腐蚀、需要分块拼接、密封性较差，锚固螺栓要固定在加固物的内部，对结构损伤较大。
[0005]在公开号为CN201320011706.9的专利文件中，公开了一种水下墩柱的加固装置，
在加固结构物顶部设置钢支架固定玻璃纤维套管，然后在玻璃纤维套管和加固结构物中间的空隙填充灌浆料，该实用新型可以克服水下加固墩柱需要构筑围堰的缺陷，但是该装置对钢支架的要求较高，需要用锚固螺栓固定在加固结构物表面，尤其墩柱结构上部净空较小时无法架设支架，操作较复杂且对结构物损伤较大。
[0006]在公开号为CN201320011706.9的专利文件中，公开了一种纤维复合材料网格筋加固水下结构的方法，该实用新型可以极大的提高加固结构物的抗压承载力，不需要构筑围堰结构，但施工中采用的隔离体为钢套管或者不锈钢套管，需要多节拼装而成，而且每一节套管由纵向剖开的两部分组成，隔离体两端需要进行混凝土封闭，操作较为繁琐。加固完成后还需要将套管或者钢模板切割回收，操作工艺较复杂且不利于水下施工。
[0007]在公开号为CN201010193601.0的专利文件中，公开了一种用强化纤维复合材料布包裹水中粧柱的加固方法，在使用之前需要用修补砂浆对破损处进行修补，并用刮刀刮平修复至原结构尺寸，然后将树脂胶涂抹在纤维布表面进行加固。该方法用于水下施工时对潜水员的要求较高，操作较为复杂，在缠绕纤维布加固墩柱结构时，不可避免的会将部分水分包裹进去，影响树脂胶的粘结效果且树脂胶容易老化。
[0008]纤维增强复合材料和工程用水泥基复合材料(ECC)的出现，可以很好的弥补这些缺陷。ECC在剪切和轴向荷载作用下，表现出较高的延性和超高的韧性，远远高于普通混凝土和钢纤维混凝土。在增强加固墩柱轴压承载力的同时，提高墩柱结构的抗震性能。纤维复合材料具有较高的抗拉强度，耐腐性和耐久性较好，不仅可以作为施工模板使用，还可以作为加固材料增强墩柱的轴压承载力，施工完毕后不需要拆卸，操作简单。
【实用新型内容】
[0009]技术问题:本实用新型提供一种充分发挥了纤维增强复合材料底座、纤维增强复合材料管、工程用水泥基复合材料(ECC)和纤维格栅网片各自的优点，他们之间的相互约束作用使得单种材料的优良性能都得到了较大的提高，有效的提高了墩柱结构的承载力、抗冲刷能力、抗震性能、延性、抗疲劳和耐久性能的纤维增强复合材料管约束水泥基复合材料加固墩柱结构。本实用新型加固效果显著，操作方法简单，后期的养护和维修费用较低，使用寿命周期明显延长。
[0010]技术方案:本实用新型的FRP管约束水泥基复合材料加固墩柱结构，包括墩柱、设置在所述墩柱底部的纤维增强复合材料底座、围绕所述墩柱设置的纤维增强复合材料管、设置在纤维增强复合材料管上端的限位器、填充在纤维增强复合材料管与墩柱之间的工程用水泥基复合材料，纤维增强复合材料管下端与纤维增强复合材料底座固定连接在一起，上端通过限位器与墩柱固定连接在一起。限位器包括螺杆、固定在所述螺杆一端的套箍、固定在螺杆另一端的顶片、套在螺杆上的刚性弹簧、Y形挡片以及限位螺帽，所述螺杆一端穿过套箍与墩柱表面固定连接，所述Y形挡片抵压在纤维增强复合材料管内壁上，并在刚性弹簧的弹力下压紧，限位螺帽沿螺杆设置，用以调整Y型档片的水平位置。
[0011]本实用新型的优选方案中，纤维增强复合材料底座材质为碳纤维、耐碱玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维，或者由上述两种或两种以上纤维组成的混杂纤维增强复合材料。纤维增强复合材料底座由多个分段组件组合拼接而成，上侧设置凹槽，所述纤维增强复合材料管的下端直接插入到凹槽中。
[0012]本实用新型的优选方案中，纤维增强复合材料管的材质为碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或耐碱玻璃纤维，或者由上述两种或两种以上纤维组成的混杂纤维复合材料，纤维增强复合材料管是由多个FRP材料薄板经加工、组装而成的环状结构物。
[0013]本实用新型的优选方案中，工程用水泥基复合材料的组分为:水泥、粉煤灰、石英砂、纤维、硅灰、增稠剂和速凝剂。
[0014]本实用新型的优选方案中，墩柱外表面缠绕有纤维格栅网片，纤维格栅网片可以为碳纤维格栅网片、芳纶纤维格栅网片、玄武岩格栅网片、耐碱玻璃纤维格栅网片或混杂纤维格栅网片，所述混杂纤维格栅网片是指具有上述两种或者两种以上纤维的格栅网片，纤维格栅网片可以通过锚固销钉固定在墩柱上。
[0015]本实用新型利用纤维增强复合材料底座、纤维增强复合材料管、水泥基复合材料和格栅网片对建筑物的墩柱、粧基结构局部或者整体进行增强加固，尤其适用于水下结构基础的增强加固，加固后的墩柱结构具有高承载能力、抗冲刷能力、抗震性能、延性、抗疲劳和耐久性能。该实用新型加固效果显著，操作方法简单，后期的养护和维修费用较低，使用寿命周期明显延长。
[0016]有益效果:本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:
[0017]1.限位器定位准确，可循环利用
[0018]现有专利文件和相关文献公开的墩柱加固装置中多采用方形、凸形或者锚固螺栓作为限位器装置，安装在模板内壁上，限位器长度固定。在安装限位器的过程中，往往需要将外侧的施工模板凿穿，破坏模板的整体性。这些限位装置虽然能够起到限位的作用，但施工过程中受施工环境的影响较大，限位器容易随浇筑物滑落到套管底部，失去限位作用。其次，在施工过程中如果不能保证两侧对称施工，很容易导致模板产生侧向偏移，且无法进行调整。
[0019]本实用新型设计的限位器定位更加准确，Y形挡片上端套在螺杆上，下端与纤维增强复合材料管内壁相连，螺杆通过圆形套箍固定在结构物表面，不会发生滑落现象。施工过程中可根据加固方案的要求，通过调节限位螺帽的位置，随时调整限位器的长度大小，确保模板位置准确，不发生偏移。施工结束后，可将限位装置卸掉，循环利用，节约材料。
[0020]2.施工方便、节约工程施工成本
[0021]在公开号为CN201320011706.9的专利文件中，公开了一种水下墩柱的加固装置，
在加固结构物顶部设置钢支架固定玻璃纤维套管。虽然克服水下加固墩柱需要构筑围堰的缺陷，但是该装置对钢支架的要求较高，需要用锚固螺栓固定在加固结构物表面，尤其墩柱结构上部净空较小时无法架设支架，操作较复杂、施工成本较高，对结构物损伤较大。且在浇筑灌浆料时，每浇筑15cm需要养护至少8h，如此直至套筒内的空隙被填满为止。
[0022]本实用新型中采用纤维增强复合材料底座作为施工承托，纤维增强复合材料管直接插入到底座上的凹槽中，同时起到限位器和套箍约束的作用，凹槽内部设置有可压缩性密封条，加固时不需要搭设施工支架，不需要构筑施工围堰，操作方便，尤其适用于加固水下混凝土墩柱。灌浆料采用工程用水泥基复合材料(ECC材料)，不需要分段、分级施工，可一次性浇筑成型，明显缩短施工工期。纤维增强复合材料底座由两部分或两部分以上组装而成，结构形式多种多样，可根据加固工程需要进行预制加工，与不锈钢钢材相比，可大幅度降低施工成本。
[0023]3.纤维增强复合材料管绿色环保、强度高、加固效果显著
[0024]在公开号为CN200810035614.8、CN200920264541.X、CN201220475538.4 和CN201420198404.1的专利文件中，均采用普通钢或不锈钢钢管作为施工模板，除钢管质量较大、易腐蚀外，提供的环向抗拉强度劣于FRP材料，且钢铁企业在生产过程中，不仅需要投入大量的物质资源和能量资源，还排放大量的废弃物:废水、废气和固体废弃物。这些废弃物对环境造成危害、对人类健康形成威胁。
[0025]本实用新型提供一种纤维增强复合材料管作为施工模板，FRP材料的弹性模量较小，约为普通钢筋的25%-75%，而提供的抗拉强度约为普通钢筋的10倍以上，提供的环向约束强度更高，加固效果更显著。FRP材料一种高性能绿色环保材料，具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性能好、施工便捷等性能特点，生产FRP材料不需要耗费大量的物质资源和能量资料，对环境不会造成危害。
[0026]3.密封性较高、对结构物无损伤
[0027]在公开号为CN201420198404.1的专利文件中，公开了一种混凝土柱的加固系统，该系统采用钢套筒作为施工模板，依靠锚固螺栓将刚模板固定在结构物的表面。在公开号为CN200910080051.9的专利文件中，公开了一种纤维复合材料网格筋加固水下结构的方法，施工中采用的隔离体为多节拼装的钢套管或者不锈钢套管，而且每一节套管由纵向剖开的两部分组成，隔离体两端需要进行混凝土封闭。由于钢套筒质量较大、易腐蚀、需要分块拼接，因此以上两种方法施工都较为繁琐、密封性较差、对结构物损伤也较大。
[0028]本实用新型的纤维增强复合材料管是由纤维增强复合材料薄板经加工、组装而形成的环状结构物，与多节拼装的钢模板或者不锈钢套管相比，质量较小，有效的提高了模板的密封性能，防水效果更好。同时，纤维增强复合材料管不需要通过锚固螺栓固定，只需要插入纤维增强复合材料底座中便可，纤维增强复合材料底座通过两侧的紧固螺栓固定在墩柱结构上，对结构物无损伤。
[0029]5.整体性好
[0030]公开号为CN