专利名称：轴向密封的膨胀式自应力灌浆卡箍的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种海洋结构的修复装置，尤其涉及一种膨胀式自应カ灌浆卡箍的密封装置。
背景技术：
海洋平台是海洋石油开发的关键大型装备，其服役期间的安全性极其重要。在长期服役过程中，由于疲劳、腐蚀或者意外碰撞等因素，海洋平台会出现结构损伤，如果由于结构损伤等原因平台的完整性、承载カ出现问题，就不能确保其安全运行，因此需要对海洋平台受损构件进行维修加固工作。在海洋平台维修加固技术中灌浆卡箍是ー种常用选择，尤其当损伤部位发生在水下吋，由于湿式焊接难以实施，自应カ灌浆卡箍是最常用的修复方法。结构上自应カ灌浆卡箍一般被分成两瓣或多瓣放置在受损构件或节点处并通过双头 螺栓连接起来，然后在形成的环形空隙中灌注水泥浆，待水泥浆凝固至少36小时后将双头螺栓拧紧产生对灌浆环及其内部构件的预应カ从而达到加固受损构件的目的。自应カ灌浆卡箍以其滑动承载力高、允许制造公差大的优点已在国外得到广泛应用，但该类型卡箍在水下安装施工时需要在水泥浆灌注完成后再次租用工程船并利用螺栓拉伸器张紧双头螺栓从而使卡箍产生预应力，由于工程船的租赁费用和螺栓拉伸器的价格(一般20万元/套)都很昂贵，还要配套的液压动カ站，因此导致该修复加固技术存在水下施工复杂、费用高等问题。从目前水下构件的维修加固应用情况来看，灌浆卡箍是ー种非常实用的修复加固方法。Shuttleworth等对传统灌衆卡箍技术进行了总结,通过静カ试验和疲劳试验的验证，这项技术已被广泛采用，在北海恶劣环境的长期应用和服役进ー步证明了这项修复技术的耐久性；Grundy等对采用膨胀剂的灌浆连接进行了试验测试，发现这种灌浆连接可以达到很高的预应カ和很好的连接滑动强度和疲劳强度，但是由于观察到膨胀灌浆性能上比普通灌浆难于控制，再加上对这种灌浆材料的长期稳定性的质疑阻止了这ー技术的海上应用，因此也说明当时国外的水泥膨胀剂技术尚不能满足实际的工程要求。国内对传统的灌浆卡箍技术进行了 ー些探索，但由于技术门槛较高，国内企业对自应カ灌浆卡箍技术基本没有掌握，工程应用实例很少，仅有中海油海洋工程总公司对“渤海八号”平台的受损杆件做过非自应カ灌浆卡箍的维修加固工作。随着国内土木工程领域混凝土膨胀剂技术的迅速发展，膨胀剂的质量从高碱到低碱、从高掺到低掺，利用膨胀剂配制的各种混凝土已在土木工程领域得到广泛应用。因此现有技术中通常是在卡箍的水泥浆中掺入高效膨胀剂，对传统自应力灌浆卡箍存在的缺陷进行了技术改进，没有从卡箍自身结构上加以改迸。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种轴向密封的膨胀式自应カ灌浆卡箍，其利用灌浆膨胀受限自动建立卡箍的预应カ以达到修复加固构件的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案其包括上卡箍和下卡箍，所述上卡箍包括上法兰、上顶板、上侧板和上鞍板，上法兰分别与上顶板和上侧板的顶部端面固定连接，上鞍板分别与上顶板、上侧板的底部固定连接，下卡箍包括下法兰、下顶板、下侧板和下鞍板，下法兰分别与下顶板和下侧板的底部端面固定连接，下鞍板分别与下顶板和下侧板的顶部固定连接，上法兰和下法兰之间通过双头螺栓固定连接，双头螺栓沿上法兰和下法兰的轴向两侧间隔设置；所述上法兰和上侧板之间以及下法兰和下侧板之间皆设置加强筋板，加强筋板沿卡箍的轴向两侧对称间隔设置；上鞍板和下鞍板之间组成一个轴向的用于放置受损管件的环形内腔，下卡箍的底部设有进浆ロ，上卡箍的顶部设有出浆ロ，进浆口和出浆ロ均与环形内腔连通，受损管件分别与上鞍板和下鞍板的内壁之间存在环形间隙，该环形间隙内填充掺有膨胀剂的灌浆层，上鞍板和下鞍板的相交处分别设有轴向密封件，轴向密封件处设有组合挡板。原理上膨胀式自应カ灌浆卡箍是在水泥浆中掺入高效膨胀剂及辅助配料，利用水泥浆硬化后水泥与膨胀剂继续水化产生的膨胀变形受限，而在灌浆/钢的相互接触面上产 生径向压力，使卡植获得自应カ提闻了其加固构件的滑动承载力，从而提闻对受损构件的修复加固強度。由于膨胀式自应カ灌浆卡箍的自应カ是通过水泥灌浆膨胀受限而产生的，因此要求密封结构除了保证水下灌浆操作时的水密封外还应当在灌浆将要产生膨胀变形时阻止其变形以帮助建立灌浆的膨胀压力及其三向受压状态。由于密封件材料多为橡胶等多分子材料，其弾性模量较金属材料小很多，结构强度较弱，当灌浆达到一定膨胀压力吋，密封件所在的灌浆环附近最容易产生膨胀变形，从而导致部分膨胀压カ的损失，影响整个卡箍的加固強度。膨胀式自应カ灌浆卡箍的密封结构主要有两部分端部密封和对开ロ处的轴向密封(或称纵向密封)，端部密封已经过改进结构较合理，而轴向密封结构强度较弱，容易被膨胀灌浆胀开。基于提高密封件附近卡箍结构强度的思路，对轴向密封件的结构进行了改进。原来的轴向密封件是用U型条和平条构成一个可调整的橡胶材料密封组件，新结构在原结构的中间加入了ー个组合挡板，用于提高限制对开ロ处灌浆膨胀变形的能力。组合挡板包括固定连接的平条密封件I和弧形金属挡板，平条密封件I套接在轴向密封件内，金属挡板沿鞍板圆周方向设置。弧形金属挡板用于阻止对开ロ处轴向密封件附近灌浆的膨胀变形，以便获得更高的膨胀压力，另一部分橡胶材料的平条密封件I，在密封件安装时用于维持挡板处于正对开ロ的位置。 轴向密封件包括U形密封圈和平条密封件II，其中U形密封圈分别套在上、下鞍板的边沿处，上鞍板的U形密封圈和下鞍板的U形密封圈之间设有平条密封件II，平条密封件I套接在平条密封件II内，金属挡板分别卡在U形密封圈、平条密封件II上。上卡箍和下卡箍的端面分别设有端部密封圈,端部密封圈位于灌衆层的外侧。端部密封圈与灌浆层之间设有环形挡板，环形挡板焊接在上鞍板和下鞍板内表面处。本发明的膨胀式自应カ灌浆卡箍，即在卡箍的水泥浆中掺入高效膨胀剂，利用灌浆膨胀受限自动建立卡箍的预应カ以达到修复加固构件的目的。本发明的有益效果是该卡箍结构简单，施工方便，施工费用低，同时也提高了水下施工的安全性，具有良好的长期承载能力和耐久性，适用于海洋结构的修复加固。经实验结果分析，对比卡箍原密封结构本技术的轴向密封件可以使密封结构承受的膨胀压カ提高O. 3-0. 5MPa，从而提高卡箍的滑动承载カ约15%。而且该轴向密封结构可以防止在大膨胀压カ下卡箍对开ロ处被灌浆胀开。
图I为本发明的外形结构示意图；
图2为本发明的侧面内部结构示意图；图3为本发明的轴向内部结构示意图；图4为本发明的组合挡板结构示意图。图中1.上法兰；2.上顶板；3.上鞍板；4.环形内腔；5.下顶板；6.下法兰；7.下鞍板；8.下侧板；9.加强筋板；10.上侧板；11.双头螺栓；12.受损管件；13.出浆ロ ；14.进衆ロ ；15.灌衆层；16.端部密封圈；17.环形挡板；18.平条密封件I ;19.金属挡板；20. U形密封圈；21.平条密封件II。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做详细描述本发明的轴向密封的膨胀式自应カ灌衆卡箍，包括上卡箍和下卡箍，所述上卡箍包括上法兰I、上顶板2、上侧板10和上鞍板3，上法兰I分别与上顶板2和上侧板10的顶部端面固定连接，上鞍板3分别与上顶板2、上侧板10的底部固定连接，下卡箍包括下法兰6、下顶板5、下侧板8和下鞍板7，下法兰6分别与下顶板5和下侧板8的底部端面固定连接，下鞍板7分别与下顶板5和下侧板8的顶部固定连接，上法兰I和下法兰6之间通过双头螺栓11固定连接，双头螺栓11沿上法兰I和下法兰6的轴向两侧间隔设置；所述上法兰I和上侧板10之间以及下法兰6和下侧板8之间皆设置加强筋板9，加强筋板9沿卡箍的轴向两侧对称间隔设置；上鞍板3和下鞍板7之间组成一个轴向的用于放置受损管件12的环形内腔4，下卡箍的底部设有进浆ロ 14，上卡箍的顶部设有出浆ロ 13，进浆ロ 14和出浆ロ 13均与环形内腔4连通，受损管件12分别与上鞍板3和下鞍板7的内壁之间存在环形间隙，该环形间隙内填充掺有膨胀剂的灌浆层15，上鞍板3和下鞍板7的相交处分别设有轴向密封件，轴向密封件处设有组合挡板。组合挡板包括固定连接的平条密封件I 18和弧形金属挡板19，平条密封件I 18套接在轴向密封件内，金属挡板19沿鞍板圆周方向设置。轴向密封件包括U形密封圈20和平条密封件II 21，其中U形密封圈20分别套在上、下鞍板的边沿处，上鞍板3的U形密封圈和下鞍板7的U形密封圈之间设有平条密封件II 21，平条密封件I 18套接在平条密封件II 21内，金属挡板19分别卡在U形密封圈20、平条密封件II 21上。上卡箍和下卡箍的端面皆设有端部密封圈16,端部密封圈16位于灌衆层15的外侦牝端部密封圈16与灌浆层15之间设有环形挡板17，环形挡板17焊接在上鞍板和下鞍板内表面处。在卡箍结构的安装过程，首先将U型密封圈20套在上下卡箍的鞍板上，然后在开ロ处放上组合挡板，察看卡箍的对开ロ缝隙是否合理，再加上平条密封件II (21)，调整它和平条密封件I 18的位置，使金属挡板19处于合适位置，拧紧卡箍的双头螺栓11，检查密封结构的水密性合格即可。利用该卡箍进行维修加固工作吋，将上卡箍和下卡箍放置在受损管件或管线处，通过双头螺栓11将上卡箍和下卡箍连接起来，然后在上卡箍和下卡箍与受损管件形成的环形内腔4内灌注掺有膨胀剂的水泥浆，待水泥浆膨胀变形后产生对灌浆环及受损管件的预应力，从而达到加固受损管件的目的。该卡箍可以利用灌浆膨胀受限自动产生预应力，省略了再次租用工程船张紧卡箍螺栓的水下施工过程，使得施工难度和费用都大幅降低，提高了水下施工的安全性。试验时水泥浆灌注完成后卡箍试件需进行养护，短期试件在水中养护21天，再置于室内干燥环境养护7天，共计28天。长期试件在水中养护358天，再置于室内干燥环境养护7天，共计365天。卡箍试件养护完成后先用游标卡尺測量卡箍螺栓在张紧状态下的长度，然后将卡箍试件置于万能试验机上測量其滑动承载力，由此可计算卡箍的滑动应カ。待卡箍承载カ测试完成拆卸后再測量螺栓在无应カ状态下的长度，根据灌浆环膨胀前后螺 栓长度的变化可计算单个螺栓承载的拉力，进而计算膨胀压カ。
权利要求
1.一种轴向密封的膨胀式自应カ灌浆卡箍，包括上卡箍和下卡箍，其特征在于，所述上卡箍包括上法兰(I)、上顶板(2)、上侧板(10)和上鞍板(3)，上法兰(I)分别与上顶板(2)和上侧板(10)的顶部端面固定连接，上鞍板(3)分别与上顶板(2)、上侧板(10)的底部固定连接，下卡箍包括下法兰(6)、下顶板(5)、下侧板(8)和下鞍板(7)，下法兰(6)分别与下顶板(5)和下侧板(8)的底部端面固定连接，下鞍板(7)分别与下顶板(5)和下侧板(8)的顶部固定连接，上法兰(I)和下法兰(6)之间通过双头螺栓(11)固定连接，双头螺栓(11)沿上法兰(I)和下法兰(6)的轴向两侧间隔设置；所述上法兰(I)和上侧板(10)之间以及下法兰(6)和下侧板(8)之间皆设置加强筋板(9)，加强筋板(9)沿卡箍的轴向两侧对称间隔设置；上鞍板(3)和下鞍板(7)之间组成一个轴向的用于放置受损管件(12)的环形内腔(4 )，下卡箍的底部设有进浆ロ( 14 )，上卡箍的顶部设有出浆ロ( 13 )，进浆ロ( 14 )和出浆ロ(13)均与环形内腔(4)连通，受损管件(12)分别与上鞍板(3)和下鞍板(7)的内壁之间存在环形间隙，该环形间隙内填充掺有膨胀剂的灌浆层(15)，上鞍板(3 )和下鞍板(7 )的相交处分别设有轴向密封件，轴向密封件处设有组合挡板。
2.根据权利要求I所述的轴向密封的膨胀式自应カ灌浆卡箍，其特征在干，组合挡板包括固定连接的平条密封件I (18)和弧形金属挡板(19)，平条密封件I (18)套接在轴向密封件内，金属挡板(19)沿鞍板圆周方向设置。
3.根据权利要求2所述的轴向密封的膨胀式自应カ灌浆卡箍，其特征在于，轴向密封件包括U形密封圈(20)和平条密封件II (21)，其中U形密封圈(20)分别套在上、下鞍板的边沿处，上鞍板(3)的U形密封圈和下鞍板(7)的U形密封圈之间设有平条密封件II (21)，平条密封件I (18)套接在平条密封件II (21)内，金属挡板(19)分别卡在U形密封圈(20)、平条密封件II (21)上。
4.根据权利要求3所述的轴向密封的膨胀式自应カ灌浆卡箍，其特征在干，上卡箍和下卡箍的端面皆设有端部密封圈(16),端部密封圈(16)位于灌衆层(15)的外侧,端部密封圈(16)与灌浆层(15)之间设有环形挡板(17)，环形挡板(17)焊接在上鞍板和下鞍板内表面处。
全文摘要
本发明涉及一种海洋结构的修复装置。本发明的轴向密封的膨胀式自应力灌浆卡箍，所述上卡箍包括上法兰、上顶板、上侧板和上鞍板，上法兰分别与上顶板和上侧板的顶部端面固定连接，上鞍板分别与上顶板、上侧板的底部固定连接，下卡箍包括下法兰、下顶板、下侧板和下鞍板，上鞍板和下鞍板之间组成一个轴向的环形内腔，下卡箍的底部设有进浆口，上卡箍的顶部设有出浆口，进浆口和出浆口均与环形内腔连通，受损管件分别与上鞍板和下鞍板的内壁之间存在环形间隙，该环形间隙内填充灌浆层，上鞍板和下鞍板的相交处分别设有轴向密封件，轴向密封件处设有组合挡板。本发明的卡箍结构简单，施工方便，施工费用低，同时也提高了水下施工的安全性。
文档编号E02B17/00GK102691284SQ20121019743
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者史宏达, 石湘, 程阳 申请人:中国海洋大学