专利名称：纤维筋混凝土水工闸门及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水利工程的水工闸门，尤其涉及一种纤维筋混凝土水工闸门及制作方法。
背景技术：
目前，我国现有大中型水闸2300余座，其中主要是金属的钢铁结构闸门，另外，有一些木结构闸门，还有少量钢丝网水泥闸门。由于水位变化，经常处于湿干交替环境中和空气或水中各种化学介质易产生电化学作用，闸门的锈蚀和腐蚀的情况很严重。尤其是金属水工闸门普遍存在着钢铁材料易腐蚀，导致金属水工闸门锈蚀严重，寿命短，造成金属水工闸门维修和更新费用高等问题。随之就带来金属水工闸门的安全性和可靠性大大降低，对防洪、排涝的安全性构成威胁，这是水利工程的水工闸门亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于解决水利工程中水工闸门存在的问题，提供一种具有强度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、耐老化、防水、形状可塑、安装简单、使用寿命长、对环境影响小、环保效果明显、价格低廉的纤维筋混凝土水工闸门及制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成环形筋和群环筋构成纤维筋骨架，横向等距设置群环筋，纵向等距设置环形筋，用线材绑扎环形筋与群环筋的交叉部，构成闸门的纤维筋骨架。
纤维筋混凝土水工闸门一般情况下横向设置群环筋，纵向设置环形筋；根据设计要求也可纵向设置群环筋，横向设置环形筋。用群环筋和环形筋按照设计要求绑扎成各种结构不同的闸门所需要的纤维筋骨架，也可根据设计的要求多层设置群环筋和环形筋，绑扎成多层的纤维筋骨架。主要是根据闸门承受布水压力的荷载设置群环筋，越靠近中部布水压力的荷载越高，在环形筋和群环筋的交叉部用线材进行绑扎，绑扎用的线材可采用金属线材或非金属纤维。在绑扎后的交叉部涂刷树脂胶，待固化后使交叉部成为一体，提高纤维筋骨架的整体强度。
根据河道的基础数据资料确定闸门的孔口形式、主要尺寸和作用荷载。将复合纤维筋混凝土水工闸门沿水平方向分成若干叠加梁，就每一根梁根据其所受的荷载，分别进行配筋设计。复合纤维筋混凝土结构设计借鉴钢筋混凝土结构设计原理，先按照钢筋混凝土结构设计方法进行配筋，然后按照复合纤维筋和钢筋的抗拉强度进行截面面积换算，得出所需的复合纤维筋的截面面积。按照设计要求的形式和数量布置复合纤维筋，并绑扎成复合纤维筋骨架。依据复合纤维环筋的应用效果，作为纵向主筋的复合纤维环筋的直径不应过小，否则不能保证纤维丝有效的共同受力；复合纤维环筋的间距不应太大，会使整体结构受力更为均匀。
从正截面配筋计算得出，纵向配筋截面面积As＝390.87mm2；斜截面配筋计算得出1γdVc=1γd0.07fcbh0=89.32KN;]]>因此V≤1γdVc]]>不需进行斜截面承载力计算，根据规范的有关规定，按照构造要求配置箍筋即可。
混凝土整体包裹住纤维筋骨架，构成闸门，混凝土表面设置纤维布层和防腐涂料层。
将纤维筋骨架放入模板，浇筑混凝土或其他材料制作成闸门。混凝土采用C25混凝土，混凝土中的骨料可采用轻骨料，减轻混凝土的重量，例如陶粒混凝土等；为提高混凝土的抗微裂能力和抗冻融能力，可在混凝土内配置了短纤维，即美国的杜拉纤维。根据结构计算，复合纤维环筋的强度已完全满足设计要求，为防止混凝土的碳化以及有害介质的侵害，同时也为了提高闸门的耐久性，在混凝土的表面粘贴纤维布，纤维布可采用碳纤维布、芳纶纤维布等，加强混凝土的自身的强度和抗老化能力，延长闸门的使用寿命。在纤维布上涂刷防腐涂料，加强闸门的耐腐蚀性能、耐老化性能和防水性能。
环形筋呈扁长圆形封闭环状，环形筋的两端部为U形，环形筋的两侧中部平直。
把纤维筋制做成扁长圆形封闭的环形筋，中部平直，相对平行，环形筋的高度和长度应小于闸门的高度和长度，能够包裹在闸门的构件内；环形筋的形状可以不拘一格，可采用矩形、圆形、椭圆形、多边形等，关键是必须封闭成环形，有利于在混凝土闸门的构件中起到受拉，而不会产生滑移。
群环筋由若干个环形筋多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋的中部内侧与相邻的内圈的环形筋的外侧缠绕相连接，外圈的环形筋的两端部长于相邻的内圈的环形筋，连续设置若干个外圈的环形筋包裹相邻的环形筋，内圈的环形筋的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋。
把单个的扁长圆形封闭的环形筋作为内圈的环形筋，将两端部长于内圈的环形筋扁长圆形封闭的环形筋作为相邻的外圈的环形筋，可连续设置若干个两端部长于相邻的内圈的环形筋的外圈的环形筋，外圈的环形筋包裹相邻的环形筋，使得群环相连构成群环筋，群环筋可以加强环形筋的抗拉、抗绕的强度。
至少两榀以上的群环筋之间等距设置若干榀环形筋，横向等距设置群环筋，纵向等距设置环形筋，用线材绑扎环形筋与群环筋的交叉部，制成纤维筋骨架。
用群环筋和环形筋按照设计要求绑扎成各种结构不同的闸门构件所需要的纤维筋骨架，也可根据设计的要求多层设置群环筋和环形筋，绑扎成多层的纤维筋骨架。在环形筋和群环筋的交叉部用线材进行绑扎，绑扎用的线材可采用金属线材或非金属纤维。在绑扎后的交叉部涂刷树脂胶，待固化后使交叉部成为一体，提高纤维筋骨架的整体强度。一般情况下横向设置群环筋，纵向设置环形筋；根据设计需要也可纵向设置群环筋，横向设置环形筋。
制作设计要求的闸门的模板，将纤维筋骨架放入闸门的模板内，现场浇筑混凝土，捣固混凝土使混凝土密实，纤维筋骨架在混凝土内与混凝土形成一体。
按照闸门的设计要求设定长度、宽度和厚度的尺寸，制作闸门的木模板；将绑扎好的纤维筋骨架放入木模，浇筑混凝土或其他材料制作成闸门的预制构件。混凝土按设计要求的强度等级进行配比，混凝土采用C25混凝土，混凝土中的骨料可采用轻骨料，减轻混凝土的重量，例如陶粒混凝土等；同时为了提高混凝土的抗微裂能力和抗冻融能力，混凝土内配制适量的短纤维。浇筑混凝土后用振捣设备或人工对混凝土进行捣固，使混凝土密实，捣固混凝土必须充分，捣固的时间越长和捣固的力量越大，则混凝土越密实，混凝土的质量越高。
在养护条件下对混凝土进行养护，养护期结束拆除闸门的模板，在闸门的混凝土表面制作纤维布层，加强混凝土结构的耐久性。
混凝土在规范规定的养护条件下进行自然养护或蒸汽养护，在标准条件下要求温度20±5℃，相对湿度90-100％，养护龄期不少于28天，养护结束后即可拆除闸门的模板。在制作成的闸门预制件的混凝土表面粘贴纤维布，纤维布可采用碳纤维布、芳纶纤维布等材料，加强混凝土的自身的强度和抗老化能力，延长闸门的使用寿命。
待纤维布层固化后在纤维布层上制作防腐涂料层，加强混凝土结构的耐腐蚀性。待防腐涂料层固化后成品待用。
在纤维布上涂刷防腐涂料，加强闸门的耐腐蚀性能、耐老化性能和防水性能。
环形筋或群环筋是把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模循环往复进行缠绕制作成环形筋或群环筋，循环往复缠绕到设计要求的直径。
在制作复合纤维环形筋时，采用的是整体缠绕成型法。将至少20束以上非金属纤维丝梳理制成一股纤维索，非金属纤维丝可采用碳纤维丝、芳纶纤维丝、玻璃纤维丝等。首先对纤维索预拉伸施加预应力，施加第一次的预应力，大约施加了10％的预应力，再将施加预应力的纤维索充分地浸渍树脂胶，树脂胶可采用环氧树脂、聚酯树脂、乙烯树脂等。对纤维索浸渍树脂胶可采用浸浴方式浸浴纤维索或用喷淋系统喷淋纤维索。把均匀、充分地浸渍树脂胶的纤维索按照设计要求以恒速在芯模上进行缠绕制作成环形筋和群环筋，在芯模上缠绕浸渍树脂胶的纤维索一直缠绕到设计要求的直径即可。
缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架和芯模对环形筋或群环筋再次施加预应力，使环形筋或群环筋绷紧，施加预应力一直到环形筋或群环筋固化，使预应力作用于环形筋或群环筋上。
在进行缠绕作业的同时对非金属纤维索始终施加预应力，一直到固化为止；在缠绕浸渍环氧树脂后的增强纤维时，施加了预应力，使环形筋和群环筋绷紧，待环形筋和群环筋固化定型后，环氧树脂和受力伸长的增强纤维固结为一体，纤维回弹受到树脂的约束，这样环形筋和群环筋就不能回弹，缠绕时施加的预应力就保留在了环形筋和群环筋上。
在室温条件下使环形筋或群环筋自然固化，固化后的环形筋或群环筋固定成型。
缠绕作业结束后，在自然室温的条件下让充分浸渍树脂胶的非金属纤维索自然固化，一般在自然室温的条件下经1-2小时后环形筋和群环筋就固化定型了，即可脱模。
待环形筋或群环筋固化后解除预应力使环形筋或群环筋松弛，将环形筋或群环筋从芯模上脱模，取下环形筋或群环筋待用。
经过自然室温的条件固化后的环形筋和群环筋对其所施加的预应力已经保留在环形筋和群环筋上，就可以从芯模上脱模，首先松弛预应力支撑架对芯模施加的预应力，通过预应力支架把芯模从环形筋和群环筋两端向中部放松，使环形筋和群环筋松弛，即可很方便的从芯模上取下环形筋和群环筋，以备待用。
本发明经检测符合《水利水电工程钢闸门设计规范》(DL/T5013-95)和《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》(DL/T5018-94)的规定指标，抗拉强度3000Mpa，复合纤维环筋的弹性模量210Mpa；抗渗等级W6，抗冻等级F300；允许挠度小于l0/500。
本发明是纤维筋混凝土水工闸门及制作方法。结构设计合理，制作工艺简便易行，设计形式新颖、简洁，水工闸门的结构受力明确、强度高、抗渗能力强，符合水工闸门要求，水工闸门使用期间无需除锈、刷漆等保养，经济效益显著，具有强度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、耐老化、防水、形状可塑、安装简单、使用寿命长、对环境影响小、环保效果明显、价格低廉，采用纤维材料制作成的水工闸门，其纤维材料的化学性质稳定，具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能，能抵抗淡水、海水、污水中经常遇到的各种酸、碱、盐对闸门的腐蚀。本发明可以达到与钢闸门技术方案相同的效果外，造价明显低于具有同样功能的钢闸门，耐腐蚀、耐老化、结构终生免维护，设计使用寿命预计可达50年。本发明应用范围广可以应用到各种水工闸门，而且可推广到整个水利工程、海洋工程中，不仅高水头水闸、低水头水闸可以应用，还可以加固老旧的水工建筑物。
以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
图1纤维筋混凝土水工闸门用环形筋的示意2纤维筋混凝土水工闸门用群环筋的示意3纤维筋混凝土水工闸门用纤维筋骨架的示意4纤维筋混凝土水工闸门的示意5纤维筋混凝土水工闸门的制作工艺流程图1纤维布层，2混凝土，3环形筋，4纤维筋骨架，5群环筋，6防腐涂料层具体实施方式
实施例1由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成环形筋(3)和群环筋(5)构成纤维筋骨架(4)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，构成闸门的纤维筋骨架(4)。混凝土整体包裹住纤维筋骨架(4)，构成闸门，混凝土表面设置纤维布层(1)和防腐涂料层(6)，如图1、图2、图3、图4所示。
实施例2环形筋(3)呈扁长圆形封闭环状，环形筋(3)的两端部为U形，环形筋(3)的两侧中部平直，如图1所示。
实施例3群环筋(5)由若干个环形筋(3)多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋(3)的中部内侧与相邻的内圈的环形筋(3)的外侧缠绕相连接，外圈的环形筋(3)的两端部长于相邻的内圈的环形筋(3)，连续设置若干个外圈的环形筋(3)包裹相邻的环形筋(3)，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋(5)，如图2所示。
实施例4至少两榀以上的群环筋(5)之间等距设置若干榀环形筋(3)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，制成纤维筋骨架(4)。
制作设计要求的闸门的模板，将纤维筋骨架(4)放入闸门的模板内，浇筑预制的混凝土，捣固混凝土使混凝土密实，纤维筋骨架(4)在混凝土内与混凝土形成一体。
在养护条件下对混凝土进行养护，养护期结束拆除闸门的模板，在闸门的混凝土表面制作纤维布层(1)，加强混凝土结构的耐久性。
待纤维布层(1)固化后在纤维布层(1)上制作防腐涂料层(6)，加强混凝土结构的耐腐蚀性；待防腐涂料层(6)固化后成品待用，如图1、图2、图3、图4、图5所示。
实施例5环形筋(3)是把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模循环往复进行缠绕制作成环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的直径。
缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架和芯模对环形筋(3)再次施加预应力，使环形筋(3)绷紧，施加预应力一直到环形筋(3)固化，使预应力作用于环形筋(3)上。
在室温条件下使环形筋(3)自然固化，固化后的环形筋(3)固定成型。
待环形筋(3)固化后解除预应力使环形筋(3)松弛，将环形筋(3)从芯模(1)上脱模，取下环形筋(3)待用，如图1所示。
实施例6群环筋(5)是把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模循环往复进行缠绕制作成群环筋(5)，循环往复缠绕到设计要求的直径。
缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架和芯模对群环筋(5)再次施加预应力，使群环筋(5)绷紧，施加预应力一直到群环筋(5)固化，使预应力作用于群环筋(5)上。
在室温条件下使群环筋(5)自然固化，固化后的群环筋(5)固定成型。
待群环筋(5)固化后解除预应力使群环筋(5)松弛，将群环筋(5)从芯模(1)上脱模，取下群环筋(5)待用，如图2所示。
权利要求
1.一种纤维筋混凝土水工闸门，其特征是由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成环形筋(3)和群环筋(5)构成纤维筋骨架(4)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，构成闸门的纤维筋骨架(4)；混凝土整体包裹住纤维筋骨架(4)，构成闸门，混凝土表面设置纤维布层(1)和防腐涂料层(6)。
2.根据权利要求1所述的纤维筋混凝土水工闸门，其特征在于所述的环形筋(3)呈扁长圆形封闭环状，环形筋(3)的两端部为U形，环形筋(3)的两侧中部平直。
3.根据权利要求1所述的纤维筋混凝土水工闸门，其特征在于所述的群环筋(5)由若干个环形筋(3)多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋(3)的中部内侧与相邻的内圈的环形筋(3)的外侧缠绕相连接，外圈的环形筋(3)的两端部长于相邻的内圈的环形筋(3)，连续设置若干个外圈的环形筋(3)包裹相邻的环形筋(3)，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋(5)。
4.一种纤维筋混凝土水工闸门的制作方法，其特征是至少两榀以上的群环筋(5)之间等距设置若干榀环形筋(3)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，制成纤维筋骨架(4)；制作设计要求的闸门的模板，将纤维筋骨架(4)放入闸门的模板内，现场浇筑混凝土，捣固混凝土使混凝土密实，纤维筋骨架(4)在混凝土内与混凝土形成一体；在养护条件下对混凝土进行养护，养护期结束拆除闸门的模板，在闸门的混凝土表面制作纤维布层(1)，加强混凝土结构的耐久性；待纤维布层(1)固化后在纤维布层(1)上制作防腐涂料层(6)，加强混凝土结构的耐腐蚀性；待防腐涂料层(6)固化后成品待用。
5.根据权利要求4所述的纤维筋混凝土水工闸门的制作方法，其特征在于所述的环形筋(3)或群环筋(5)是把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模循环往复进行缠绕制作成环形筋(3)或群环筋(5)，循环往复缠绕到设计要求的直径；缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架和芯模对环形筋(3)或群环筋(5)再次施加预应力，使环形筋(3)或群环筋(5)绷紧，施加预应力一直到环形筋(3)或群环筋(5)固化，使预应力作用于环形筋(3)或群环筋(5)上；在室温条件下使环形筋(3)或群环筋(5)自然固化，固化后的环形筋(3)或群环筋(5)固定成型；待环形筋(3)或群环筋(5)固化后解除预应力使环形筋(3)或群环筋(5)松弛，将环形筋(3)或群环筋(5)从芯模(1)上脱模，取下环形筋(3)或群环筋(5)待用。
全文摘要
本发明是纤维筋混凝土水工闸门及制作方法。由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成环形筋和群环筋构成纤维筋骨架，横向等距设置群环筋，纵向等距设置环形筋，用线材绑扎环形筋与群环筋的交叉部，构成闸门的纤维筋骨架；混凝土整体包裹住纤维筋骨架，构成闸门，混凝土表面设置纤维布层和防腐涂料层。本发明结构设计合理，制作工艺简便易行，设计形式新颖、简洁，水工闸门的结构受力明确、强度高、抗渗能力强，符合水工闸门要求，水工闸门使用期间无需除锈、刷漆等保养，经济效益显著，应用范围广可以应用到各种水工闸门，而且可推广到整个水利工程、海洋工程中，不仅高水头水闸、低水头水闸可以应用，还可以加固老旧的水工建筑物。
文档编号E02B7/16GK1873103SQ20061001443
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者杨秀富, 孙文祥, 张金鹏, 陈维华, 李大华, 刘国伟, 郭风华, 季树凯, 丁谦, 徐道琮, 张强 申请人:天津市河道闸站管理总所