本发明要求于2016年2月1日提交的美国临时申请号62/289,718的优先权，其全部内容通过引用而并入本文。
背景技术
支撑垂直载荷的桩或柱会随着时间而劣化，特别是在海洋环境中。当柱承载连续载荷时，潮汐、水流、沉积沙磨损、漂浮碎屑、海洋昆虫、宽温度梯度和风化都会导致该柱劣化。桥梁和码头是由海洋环境中的柱支撑的建筑结构的实例。例如，柱可以由混凝土、钢或木材制成。由于移除每个柱以进行维修或更换的高成本，劣化的柱，或更一般地，承重构件通常就地维修。此外，即使我们的基础设施老化，不可避免地很少有公共资金可用于替代或重建；相反，现有的结构通常必须得到修复和强化以节省成本。柱修复是一个危险而艰巨的过程，因为柱通常在水下延伸数英尺并且难以接近。此外，通常必须快速恢复海洋柱，因为大部分维修是在水下进行的并在潮汐影响之下。有时，维修部位必须“脱水”以防止水干扰柱修复。
已经引入壳体或护套以保护柱免受进一步劣化。壳体设计成围绕劣化区域上方和下方的柱。围绕柱放置壳体，然后将薄浆或环氧树脂浇注或泵入壳体和柱之间的空间。壳体提供了一种保护柱免于进一步劣化的永久模板，同时保留填充柱中的空隙的环氧树脂或薄浆。环氧树脂或薄浆还防止水或环境腐蚀剂接触柱的受损部分或任何其他覆盖部分。然而，由壳体和环氧树脂或薄浆组合在柱中添加很小的结构能力。
在许多情况下，能够增加柱的结构能力并同时保护柱免受劣化的壳体是期望的。例如，几十年前建造的桥梁可以由设计用于支撑较小载荷的柱来支撑，并且该柱符合比现在的规范和法规所要求的较不严格的设计标准。例如，建于1950年的桥梁可能设计和建造用于支撑高达40,000磅的卡车，并需要加强以支撑增加的交通量和当今较重的卡车(例如70,000磅)、以及符合更严格的结构规范和法规。此外，支撑这种桥梁的柱可能已随着时间而劣化，使得桥梁的承重能力降低。在一些柱中，例如木材或木料柱，在柱内可能发生了劣化，并且可能难以看到或估计结构能力的退化。
常规的壳体在显著增加承重构件的结构能力方面的能力受到限制，因为它们受到壳体本身的强度的限制，或者更具体地，壳体中的接缝处的连接。在fox的美国专利no.4,019,301中公开了常规壳体的实例。这种常规的壳体没有增强件和连续性连接系统，该连续性连接系统为增强件和壳体两者提供连续性，这种连续性连接系统显著增加了系统的限制强度。常规的壳体可以在壳体的外部上以某种方式强化，但是这种附加的支撑经受同样的潮汐、水流、沉积或沙磨损、漂浮碎屑、海洋昆虫、宽温度梯度和风化，其首先导致柱的劣化。
常规的壳体不具有构建在壳体内或壳体中的结构加强，例如增强层和连续性连接系统，其显著加强了柱的结构能力。已经发现本发明显著增加了结构能力并解决了常规的壳体和柱修复程序中固有的许多问题，并且可以证明有助于恢复和强化老化的基础设施。
技术实现要素：
本文所公开的实施例增加了施工修复系统(例如“壳”或“护套”系统)和增强系统(例如轴向增强系统)的结构能力。所公开的实施例可用于强化在任何环境中的各种承重构件，例如柱，而不仅仅在海洋环境中。在本发明人先前开发的系统中，制造的玻璃纤维壳体(例如，玻璃纤维增强聚合物(gfrp)壳体)围绕在例如由钢、混凝土或木材制成的现有柱安装，该柱支撑诸如道路、桥梁、建筑、桥墩或码头的结构。在柱和壳体内部之间放置薄浆。示例性薄浆材料包括环氧树脂或水泥混合物。示例性水泥混合物是水下速凝水泥薄浆。当柱的原始结构设计能力由于桩的损坏、衰退或磨损而降低时，或者当需要附加的强化时，可以采用薄浆填充或环氧树脂填充的壳体系统。薄浆填充或环氧树脂填充的壳体系统可用于海洋环境或水下，其中所有部件都需要是耐腐蚀的。然而，现有系统通常不能将退化的柱的能力增加回至原始设计规范，或至加强的设计要求，包括设计标准、规范或法规所要求的安全系数。
本文公开的实施例解决了早期系统中发现的缺陷并增加了早期系统的有用性。具体地，通过在壳体内部制造具有增强“连续性连接”系统的玻璃纤维壳体，可以实现显著附加的结构能力，其满足或超过柱所需的结构设计能力，包括所需的安全系数。示例性连续性连接系统包括一层或多层碳纤维织物，其具有特定的纤维取向(例如在壳体的径向方向上)；在壳体的接缝和碳纤维织物层的接缝的每一侧上附接至壳体内部的袋部；位于袋部内并与壳体的接缝和碳纤维织物层的接缝重叠的硬化碳纤维的层压条带；以及环氧树脂，以将连续性连接件的元件保持在一起。组合的连续性连接件的元件可以称为连续性连接系统。
在示例性实施例中使用的碳纤维织物可以镶嵌在壳体的内表面上，或者可以嵌入碳纤维壳体内，或两者均有。碳纤维织物可以是一层或多层厚，并且可以是例如单向或双向的。在示例性实施例中，具有在壳体的径向方向上的单向纤维取向的碳纤维织物是优选的。在示例性实施例中，碳纤维织物用适当的饱和环氧树脂或树脂浸渍并镶嵌在壳体的内表面上，使得浸渍的碳纤维织物沿径向粘附并强化壳体。此后，已经在环氧树脂或树脂中浸渍并粘附在内表面(例如，镶嵌)或嵌入壳体内的碳纤维织物可称为“碳纤维织物”或简称为“碳纤维”。然而，应当理解，可以使用除碳纤维之外的其他纤维，例如玻璃、聚芳酰胺纤维或凯夫拉尔(kevlar)纤维。作为内部连续性连接件的可选方案，当碳纤维织物使用例如与内部连续性连接系统所使用的相同或相似的部件围绕壳体的外表面缠绕时，可以在壳体的外侧上形成外部连续性连接件。然而，优选碳纤维织物镶嵌在壳体的内表面上，或嵌入壳体的层内，以及连续性连接系统在壳体内，使得保护碳纤维层和连续性连接件免受上述劣化元素的影响，从而显著增加连续性连接系统的寿命。
如本领域普通技术人员所理解的，镶嵌或嵌入壳体中的碳纤维织物可以是几种类型的碳纤维织物中的任何一种。优选地，此处讨论的碳纤维是由单向编织碳丝制成的织物。在另一个实例中，碳纤维织物可以是双向的，即具有沿壳体的径向和纵向对齐的纤维。碳纤维具有高拉伸强度、低重量、高耐化学性、高耐温性和低热膨胀性，这使得它们适用于本发明。然而，碳纤维相对昂贵。因此，优选的是，碳纤维织物径向镶嵌或径向嵌入围绕壳体的条带中，而不是覆盖壳体的整个内表面(或嵌入整个表面)。然而，后者也是用于本发明的选择。在任何一种情况下，由于壳体中的接缝或分离，在碳纤维中仍然存在接缝，通常需要分离以允许壳体打开并围绕柱包裹。本文所公开的连续性连接件使用创新的袋部和由例如碳纤维层压板制成的重叠连接在该接缝或分离上提供了连续性，该重叠连接桥接镶嵌或嵌入的碳纤维和壳体中的接缝或分离。
示例性碳纤维层压板包括预制碳纤维增强聚合物板，其具有一层或多层，并且嵌入或浸渍在环氧树脂中，然后硬化和固化。可以使用其他类型的纤维，例如玻璃、聚芳酰胺纤维或凯夫拉尔纤维。此外，可以使用其他类型的树脂，例如酯树脂、乙烯树脂或聚酯树脂。用于本发明的层压板可以在室温或低于室温下基本上是刚性的，并且可以具有对应于壳体内部的形状，使得层压板可以具有曲率半径。本公开通常将层压板称为“碳纤维层压板”，尽管可以使用其他类型的层压板，其他类型的材料也可以使用。
为了提供保护柱免受腐蚀性环境并且显著增加柱的结构能力以及可以快速安装的壳体(即，模板或护套)，本发明人已经认识到，除其他之外，与一个或多个碳纤维织物层结合的壳体；“袋部”；以及一个或多个碳纤维层压板可提供优于常规壳体的若干优点。在一些实例中，壳体可以是圆形的以包封圆形柱。在其他实例中，壳体可以是正方形或矩形的以包封正方形或矩形桩。在每个实例中，连续性连接系统的元件可以匹配壳体的形状。例如，对于圆形或圆柱形壳体，碳纤维层、袋部和/或碳纤维层压板可具有与壳体的曲率半径匹配或对应的曲率半径。可选地，袋部和/或碳纤维层压板可以具有小于或大于壳体的曲率半径的曲率半径。当连续性连接件放置在壳体的平坦表面上时，例如当壳体包括正方形或矩形形状时，连续性连接系统的元件在连续性连接件的位置处可以是平坦的或平面的，以匹配壳体在该位置处的平面性质。当然，碳纤维层将不会在其整个表面积上是“平面的”，而是沿着方形或矩形形状的轮廓从壳体接缝的一端到另一端。在一些实例中，可以沿壳体的纵向长度使用若干连续性连接系统，例如在每个水平的镶嵌或嵌入的碳纤维。以下更详细地解释附加非限制性实例和设计。本文公开的示例性设计可以(1)加强柱的结构能力，(2)保护柱免受腐蚀，(3)保护增强结构和连续性连接系统免受腐蚀，以及(4)安装简单。
为了进一步说明本文公开的装置和系统，提供以下非限制性实例：
实例1是一种系统，包括配置为包封承重构件的至少一部分的壳体，该壳体具有第一端部分和第二端部分；壳体内的增强层，该增强层邻近第一端部分延伸至邻近壳体的第二端部分；粘附至壳体的第一袋部和第二袋部，每个袋部具有内部部分；具有第一端和第二端的层压板，该第一端定位在第一袋部的内部部分内，该第二端定位在第二袋部的内部部分内，第一端粘附至第一袋部以及第二端粘附至第二袋部，其中第一袋部和第二袋部定位在壳体上，使得层压板横跨第一端部分和第二端部分而延伸，以在增强层的两端之间提供连续性。
实例2是一种方法，其提供配置为包封承重构件的至少一部分的壳体，该壳体具有第一端部分和第二端部分；在壳体内镶嵌增强层，使得增强层邻近第一端部分延伸至邻近壳体的第二端部分；将第一袋部和第二袋部粘附至壳体的内部，每个袋部具有内部部分；提供具有第一端和第二端的层压板；将层压板的第一端定位在第一袋部的内部部分中，将层压板的第二端定位在第二袋部的内部部分中；以及将层压板的第一端粘附至第一袋部和将层压板的第二端粘附至第二袋部，其中第一袋部和第二袋部定位在壳体上，使得层压板横跨第一端部分和第二端部分而延伸，以在增强层的两端之间提供连续性。
本结构和系统的这些和其他实例和特征，将在以下详细描述中通过示例性实施例阐述。该概述旨在提供本主题的非限制性实例，并非旨在提供排他的或彻底的解释。包括以下详细描述以提供关于本发明结构和方法的进一步信息。
附图说明
在附图中，不一定按比例绘制，相似的附图标记可以描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示类似部件的不同实例。附图通过实例而非通过限制的方式总体上示出了本公开中讨论的各种实例。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的用纵向间隔的碳纤维织物水平——镶嵌和/或嵌入——增强的壳体。图1还示出了碳纤维织物可以沿着壳体的纵向长度延伸。
图2a示出了壳体的接缝，其两端使用示例性连续性连接件和机械紧固件固定在一起。
图2b示出了壳体的接缝，其两端使用另一示例性连续性连接件固定在一起，该连续性连接件具有嵌入壳体内的碳纤维层。
图2c示出了壳体的接缝，其两端类似于图2a和图2b的组合而固定在一起，即，具有嵌入壳体内的碳纤维织物层，和镶嵌在壳体的内表面上的碳纤维织物层。
图3示出了壳体的一部分及其接缝，其两端使用榫槽连接固定在一起。
图4示出了圆形壳体上的示例性连续性连接件的特写轴向横截面视图。
图5a示出了根据示例性实施例的袋部的俯视图。
图5b示出了图5a的袋部的前端(开口端)视图。
图5c示出了图5a的袋部的侧视横截面图。
图6示出了可用于示例性连续性连接件的层压板的弯曲条带。
图7示出了根据示例性实施例的围绕具有示例性连续性连接件的混凝土柱的组装系统的横截面。
图8示出了根据示例性实施例的袋部顶部上的示例性填充口。
图9示出了根据示例性实施例的连接至管的填充口，该管连接至环氧树脂注射枪。
具体实施方式
本申请涉及用于柱或桩修复和/或增强的系统和方法。例如，本申请公开了一种壳体和附接至壳体的“连续性连接件”，其可以称为连续性连接系统。连续性连接系统可包括一个或多个碳纤维织物层，在壳体中的接缝的每一侧上附接至壳体内侧的一对袋部，位于袋部的通道内并与壳体的接缝重叠的碳纤维层压板条带，以及环氧树脂以将连续性连接件的元件保持在一起。实际上，使用袋部、碳纤维层压板条带和环氧树脂将一个或多个碳纤维织物层和壳体的两端连接在一起，从而横跨碳纤维织物层和壳体的端部内中的接缝提供“连续性”。具有这种连续性的碳纤维织物层可以提供限制结构性能并且具有的抗拉强度大幅超过连接壳体两端的常规连接件的抗拉强度，例如在壳体的接缝处的榫槽连接或机械紧固连接。更具体地，具有这种增强元件和添加的连续性的碳纤维织物层可以向壳体提供附加的限制强度，该强度可以超过例如钢质“钢筋”的抗拉强度。本文公开的示例性连续性连接件可以与轴向增强构件结合使用，例如安装在系统的轴向方向上的钢筋或碳纤维层压板。当使用具有轴向增强构件的示例性连续性连接件时，显著增加了柱的垂直承载能力和柱的弯曲能力。在使用本文公开的示例性连续性连接件和轴向增强构件来强化和保护的柱的一个实例中，已经发现柱的垂直承载能力(pn)增加了58％，柱的抗力矩能力(mn)增加了95％。简而言之，结合了本文公开的示例性连续性连接系统以及轴向加强构件的壳体可以显著提高柱的结构强度。本发明人发明了一种新型轴向增强系统，该系统可与本文公开的新型连续性连接系统结合使用。然而，各种轴向增强构件或系统可以与本发明结合使用。本公开将集中于连续性连接系统，该系统可以添加至实际上任何包括或不包括单独的轴向增强构件的壳体或护套系统中。
图1示出了用诸如碳纤维织物140/145的增强材料的水平141增强的示例性壳体110。为清楚起见，图1中所示的增强壳体110未示出壳体的接缝、碳纤维的接缝、壳体内的柱、袋部或在袋部之间延伸的材料，例如层压板。壳体110可具有围绕壳体110的内部径向表面缠绕的镶嵌的碳纤维织物140，和/或壳体110内的嵌入的碳纤维145，其中任一个可定位在层141中或沿壳体110的大致纵向长度延伸(表明为在壳体的左侧和右侧的虚线)。壳体110可以由例如碳纤维或玻璃纤维材料制成，使得壳体110轻质并可以作为例如一个整体或多个整体围绕柱101定位。壳体110可以预形成为圆柱形、正方形、矩形或诸如半圆形的部分圆柱形，或者可以预形成为例如h形或i形。壳体110可具有一个或多个接缝111，接缝111在壳体的纵轴112的方向上垂直延伸，使得壳体110可围绕柱而包裹。如果壳体110呈圆柱形，则它可以具有一个接缝111并且包括整体。如果壳体是方形的(在横截面视图中)，壳体可以具有两个接缝，使得两个整体围绕柱101定位并固定在一起。
图1显示了镶嵌的140和/或嵌入的145碳纤维织物的五层或水平141。水平141纵向间隔开，但可以纵向重叠。当然，在壳体110内的嵌入的碳纤维织物145或镶嵌的碳纤维织物140中可以使用少于或多于五个的层。围绕壳体110的内表面缠绕的碳纤维织物140可以使用黏合剂浸渍和粘附至壳体110，该黏合剂诸如是与壳体110和碳纤维织物140两者相容的环氧树脂或树脂。在示例性实施例中，碳纤维织物140或145不在其端部重叠自身。而是，碳纤维织物140或145从其自身的一端延伸至另一端，或者邻近壳体110的一端延伸至邻近壳体110的另一端，并且在碳纤维织物140或145的两端之间存在间隙或接缝。碳纤维织物145可以延伸至接缝111或者可以延伸至壳体连接中，例如图2a中所示的机械连接，或者如图4所示的榫槽连接。如果碳纤维织物140或145的端部跨越接缝111重叠，则它将防止壳体110打开以围绕柱102缠绕。本文公开的连续性连接系统100在碳纤维织物140/145和壳体110的两端之间提供了连续性。
壳体110可以在接缝上具有重叠，例如1英寸-8英寸的重叠，以允许壳体110的一端沿壳体110的垂直接缝111的整个长度固定至壳体110的另一端。如图2a-2c所示，壳体110沿壳体的垂直接缝111的每一端可以从壳体110大致垂直地延伸，使得壳体110的端部可以使用紧固机构150，例如螺母和螺栓240和/或在接缝111的两端之间的黏合剂(为清楚起见未示出黏合剂)，固定在一起。可以沿壳体110的接缝111使用多个螺母和螺栓240。可以使用其他类型的紧固件。
图2a示出了在壳体110的内表面上的镶嵌的碳纤维织物140。图2a示出了镶嵌的碳纤维织物140延伸至壳体的一部分，该部分垂直向上延伸用于紧固机构150，镶嵌的碳纤维140可以在每一侧上延伸至壳体110的端部，或邻近壳体110的端部，使得镶嵌的碳纤维140与壳体110的端部一起定位在紧固机构150内。
图2a还示出了一对袋部120，定位在每个袋部120内的增强连接元件130，例如碳纤维层压板，以及每个袋部120内的黏合剂或适当的环氧树脂131以将碳纤维层压板130保持在袋部内，并且基本上将碳纤维层压板130粘合至镶嵌的碳纤维140上，从而在镶嵌的碳纤维织物140和壳体110的两端之间提供连续性。取决于镶嵌的碳纤维织物140的宽度，袋部120可以粘合至镶嵌的碳纤维织物140和/或直接粘合至壳体110。可以用黏合剂或适当的环氧树脂实现袋部120与碳纤维织物140或壳体110的这种粘合。在示例性实施例中，袋部120可以粘附(或进一步粘附)至壳体110，其中“稀松布”或“幕布”定位在每个袋部120上方并且尺寸制定成在袋部120的一部分或全部上延伸，其多余的部分延伸经过袋部120的平面表面区域并附接至壳体110。稀松布可以用黏合剂(例如树脂)浸渍，并放置在袋部120上，并且稀松布的多余/重叠端部可以使用树脂粘附至壳体。稀松布可包括例如4盎司或6盎司的双向编织玻璃纤维织物，其有助于(1)将袋部120附接至壳体110，(2)将环氧树脂131保持在袋部120内，以及(3)向连续性连接系统100提供附加的结构增强。
图2b示出了壳体110内的嵌入的碳纤维织物145。类似于镶嵌的碳纤维织物140，嵌入的碳纤维织物145可以在每侧上延伸至壳体110的端部或邻近壳体110的端部。图2a示出了嵌入的碳纤维织物145延伸至壳体110的每侧的端部，从而与壳体110的端部一起定位在紧固机构150内。
类似于图2a，图2b也示出了一对袋部120，位于每个袋部120内的碳纤维层压板130，以及每个袋部120内的黏合剂或适当的环氧树脂131，以将碳纤维层压板130保持在袋部内，并且基本上将碳纤维层压板130粘合至壳体110，从而在壳体110和嵌入的碳纤维织物145的两个端部之间提供连续性。袋体120可以用黏合剂或适当的环氧树脂粘合至壳体110。如上所述，覆盖整个袋部并在其之外的4盎司或6盎司的双向玻璃纤维薄层有助于袋部固定至壳体，以及提供袋部开口的覆盖物以保持填充环氧树脂。我将提供一张附图。
图2c示出了图2a-2b的组合，其中使用嵌入的碳纤维织物140和镶嵌的碳纤维织物140。以上关于图2a-2b的说明同样适用于图2c。
图3示出了榫槽结构，其作为图2a-2c中所示的紧固机构150的可选形式，可选地形成在壳体接缝111处。壳体接缝111的一侧113(即，榫部)可以插入凹槽114中。壳体接缝111的另一侧115可以由顶部凹槽部分162和底部凹槽部分161构成，从而形成凹槽114。为了将端部113、115固定在一起，环氧树脂胶132(图4)可单独使用或与螺钉或其他固定紧固件组合使用，例如，其可钻透凹槽114的两侧(161、162)和凹槽114内的壳体部分(榫部)的侧部113。附加地或可选地，可以在凹槽114内部施加黏合剂以进一步将壳体110的两个侧部113、115粘附在一起。可以使用各种其他方法将壳体110的两个端部113、115固定在一起。
参照图4，示出了示例性连续性连接系统100的轴向横截面视图。连续性连接系统可包括镶嵌的碳纤维织物140(在一侧上)，其延伸至壳体110的一个侧部115的端部或其邻近，以及在壳体110的另一侧部113上，延伸至侧部115延伸的地方或其邻近。在侧部113上的镶嵌的碳纤维织物140可以延伸至壳体110的侧部113的端部，使得它定位在榫槽连接的凹槽114内。
图4还示出了在壳体110中的接缝111的每一侧上附接至壳体110的内侧的一对袋部120，定位在每个袋部120内的碳纤维层压板130，以及每个袋部120内的黏合剂或适当的环氧树脂131，以将碳纤维层压板130保持在袋部内，并且基本上将碳纤维层压板130粘合至镶嵌的碳纤维织物140和壳体110。定位袋部120和碳纤维层压板130，使得碳纤维层压板130与壳体110的接缝111和镶嵌的碳纤维织物140的接缝重叠，从而在碳纤维织物140的两个端部和壳体110的两个端部113、115之间提供连续性。取决于镶嵌的碳纤维织物140的宽度，袋部120可以粘合至镶嵌的碳纤维织物140和/或直接粘合至壳体110。可以用黏合剂或适当的环氧树脂实现袋部120与碳纤维织物140或壳体110的这种粘合。
碳纤维130的层压板条带可包括已经用环氧浸渍剂硬化的碳纤维增强聚合物(cfrp)，并且可以认为是例如“粘接带”。通常，碳纤维层压板是以平面或线性形式制成。发明人已经将碳纤维层压板130的有利形状制成弯曲的。具体地，当使用圆形或圆柱形壳体时，如果碳纤维层压板130具有与壳体110的曲率半径匹配或对应的曲率半径，则可能是有利的。这在使用高硬度碳纤维或形成为碳纤维层压板130的情况下是重要的，使得碳纤维层压板非常坚硬且不易弯曲。具有曲率半径的碳纤维层压板130能够容易地滑入并装配在弯曲壳体110的内侧上的袋部120内。在其他实例中，当连续性连接件放置在壳体110的平坦表面上时，例如当壳体包括正方形或矩形形状时，连续性连接系统的元件，包括碳纤维层压板130，在连续性连接的位置处可以是平坦的或平面的，以与壳体110在那个位置处的平面性质相匹配。
图6示出了由发明人制成的碳纤维层压板130的示例性弯曲粘接带。具体地，碳纤维层压板130的弯曲条带通过采用与期望壳体110的曲率半径匹配的“模板”，在模板上放置柔性离型膜(其提供合适的纹理以专门提供用于例如将硬化的环氧树脂(树脂)粘附粘合至硬化的环氧树脂(树脂)的机械表面纹理)，将一层或多层浸渍的碳纤维织物放置在模板上的离型膜上，以及可选地将离型膜的顶层施加在浸渍的碳纤维织物上来形成，使层压板的两面都有纹理，以提供优越的粘合表面。示例性离型膜是特氟龙涂覆的玻璃织物，由加利福尼亚州tehachapi的thecompositesstore,inc.制造。优选使用柔性离型膜，因为适当的环氧树脂不会粘附至离型膜，并且这种离型膜将防止碳纤维和环氧树脂组合粘附至该模板上。作为该模板的替代形式，可以替代地使用期望的壳体110的一部分。因此，可以制成弯曲碳纤维层压板130以匹配或基本匹配圆形壳体110的曲率半径。基本上匹配圆形壳体110的曲率半径的碳纤维层压板130近似于圆形壳体110的圆形曲面，其允许碳纤维层压板130容易地插入壳体110的内表面上的袋部120中，或者更具体地，容易地插入袋部120的通道内。
本发明的一个特别新颖且非显而易见的特征是袋部120。图5b示出了袋部120的横截面前端视图，沿着图5a中所示的横截面线截取。袋部120可包括通道121，碳纤维层压板130可在其中滑动并封装在其中。通道121允许间隙(125a和125b)形成在碳纤维层压板130的顶部和底部上。在该间隙和袋部120的整个内部容积内，可以放置有环氧树脂131。环氧树脂131允许碳纤维层压板130粘附至袋部120的顶部内侧部分126，但更重要的是，粘附至壳体110的内表面上的碳纤维织物层140。当仅使用嵌入的碳纤维织物145时，环氧树脂131允许碳纤维层压板130粘附至袋部120的顶部内侧部分和壳体110的内表面。
袋部120和碳纤维层压板130的尺寸可以设定成允许环氧树脂131可以起作用以将上述元件粘附在一起的最佳表面积。例如，袋部120的顶部和/或底部内侧部分的表面积和袋部120下方的壳体110的一部分的表面积可以都是大约三至十二平方英寸，或者更特别地，大约六平方英寸，以及在一个袋部120内的碳纤维层压板130的表面积可以是大约三至十二平方英寸，或者更特别地，大约六平方英寸。在这样的实例中，放置到袋部120的间隙125a、125b中的环氧树脂131(间隙125a、125b由通道121上方和下方的袋部120的内部容积产生)将具有六平方英寸的表面积，以在顶部间隙125a和底部间隙125b中将上述元件粘附在一起。发明人已经发现，例如，当使用合适的环氧树脂时，六平方英寸的表面积允许连续性连接件具有超过钢质“钢筋”的抗拉强度的抗拉强度。具体地，利用上述具有六平方英寸的表面积的单个连续性连接件，可以实现超过10,000psi的抗拉强度。在一个实例中，合适的环氧树脂是具有适当表面活性剂即润湿剂的环氧树脂，从而允许环氧树脂牢固地粘合至另一环氧树脂，例如在镶嵌的碳纤维织物140上或内部的环氧树脂。
虽然图5b示出了平坦或矩形袋部120，但是应当理解，袋部120可以具有与壳体110的曲率半径相对应的曲率半径。例如，在图5b中，袋部120的顶表面可以在每侧上向上弯曲，并且袋部120的底表面(例如，袋部120的每侧的底部)也可以向上弯曲，使得袋部120的底部可以与壳体110的弯曲的内表面同高配合。具有曲率半径的袋部120的实例在图4中示出。
图5c示出了沿着图5a中的箭头5b截取的袋部120的横截面侧视图。通道121可以延伸至袋部120的后端129。如此，碳纤维层压板130可以在通道121内滑动至袋部120的后端129。此外，通道121的前端128可以朝向袋部120的底部和顶部向下和向上逐渐变细，使得通道121的最前部分128比通道121的其余部分更宽/更高，从而允许引导碳纤维层压板130以及将其容易地插入通道121的最前部分128中。图5c还示出了孔123，其可以是一个或多个“观察孔”或填充孔，如以下进一步详细描述的。
图5a示出了袋部120的俯视图。如图5a所示，可以在袋部120的后端形成一个或多个“观察孔”123(例如，两个或三个)。可以使用更少或更多的观察孔123，并且观察孔123的尺寸可以是相同或不同的。这些观察孔123从袋部120的顶表面延伸至袋部120的内部，或者更具体地，延伸至袋部120内的上间隙部分125a。观察孔123允许用户看到何时袋部的内部(或间隙部分125a、125b)已经完全用环氧树脂131填充。应当理解，在将碳纤维层压板130插入通道121之前，可以将环氧树脂131插入袋部120的内部。如此，可以通过观察孔确定何时袋部120的整个内部容积填充有环氧树脂131。此外，未固化的环氧树脂131可以用作润滑剂以帮助碳纤维层压板130的插入。随着使用者通过例如填充孔124将环氧树脂131泵入或插入袋部120的内部，当环氧树脂131到达袋部120的后表面和前表面并开始通过观察孔123穿出时，用户可以知道环氧树脂131已完全填充袋部120的内部。
进一步参考图4，可以描述连续性连接件的示例性层。图4右侧的层，从内部到外部，如下：袋部120的顶表面、袋部120内的顶部间隙125a内的环氧树脂131、袋部120的通道121内的碳纤维层压板130、袋部120内的底部间隙125b内的环氧树脂131、壳体110的内表面上的碳纤维织物140、然后是壳体110。可以看到在图7左侧的附加层,并且是由于榫槽连接。这样的附加层如下，从碳纤维织物140的层开始：碳纤维织物140、壳体的端部115(其可包括下一层或与下一层分开，即壳体凹槽114的底部133b)、环氧树脂132、插入凹槽114的壳体110的一端113(即榫部)、环氧树脂132、以及壳体凹槽的顶部133a。
如上所述，图6示出了可以用于示例性连续性连接件的层压板130的弯曲条带。层压板的弯曲条带本身是本发明人开发的本发明的新颖且非显而易见的特征。如上所述，层压板130可以弯曲以对应于或近似于壳体110的内部曲率半径，层压板130封装在其中。附加地或可选地，层压板130中的示例性曲率半径可以对应于袋部120的曲率半径，或者更具体地对应于层压板130插入其中的袋部120的通道121。
图7示出了围绕柱102组装的示例性连续性连接系统100的横截面。应当注意，壳体110的内表面上的碳纤维织物140可以对应于如图1所示的碳纤维织物的内部层的一个“水平”141。此外，可以在单个增强壳体110上使用多个连续性连接件100。参考图1，可以使用五个连续性连接系统100，因为碳纤维织物140的五个水平141示出为围绕壳体110的内部缠绕。可以使用附加的或更少的连续性连接系统100，并且连续性连接系统100的数量不需要匹配碳纤维织物140的水平141的数量或嵌入的碳纤维织物145的水平141的数量。
连续性连接系统100旨在位于碳纤维140/145和壳体110的接缝111处。如图7所示，碳纤维织物140中的分离必须位于壳体110的接缝111处，即，在壳体110的端部115处。无论碳纤维(140)是否围绕壳体110的内表面缠绕或壳体110或是否嵌入(145)，都是如此。作为连续性连接系统100的结果，碳纤维织物水平141的两端连接在一起，从而在碳纤维织物水平141上提供“连续性”。具有这种连续性的碳纤维织物层141可具有大幅超过连接壳体110的两个端部的常规连接的抗拉强度的抗拉强度，该常规连接为例如在壳体的接缝处的榫槽连接或螺栓连接。将碳纤维织物140置于壳体110的内表面上(或嵌入(145)壳体110内)有利地使碳纤维织物层围绕壳体110的外部缠绕，因为壳体110可以保护碳纤维140/145免受环境元素和劣化的影响，同时保护柱102免于(进一步)劣化。换句话说，壳体110的主要目的是保护，而碳纤维织物140/145的主要目的是为壳体110和柱102提供附加的结构限制增强。
将碳纤维织物140/145置于壳体的内部或嵌入壳体内，以及将连续性连接系统100放置在壳体110内，允许壳体110实现其更大程度保护的主要目的，因为壳体110还保护这些附加元件。此外，当碳纤维织物140/145和连续性连接件100在壳体110内时，这些部件可以在很大程度上由制造商预先安装，并且在运输至修复地点期间由壳体110的外表面保护，其中服务团队可以容易地将保护和增强结构安装至柱102。发明人已经发现，当连续性连接系统100(包括碳纤维织物140/145)的元件预先安装在壳体110内(除了层压板130之外安装)时，安装可以在少66％的时间内发生。换句话说，使用本发明的保护和增强元件，可以在与常规系统安装所需的相同的量下修复/恢复3倍以上的柱。
再次参考图7，一旦安装了所有连续性连接系统100并且壳体110已经围绕柱102缠绕并且(通过榫槽连接、螺栓连接或其他连接)固定，例如环氧树脂180或水泥薄浆181，可以浇注在由柱102和壳体110(或碳纤维层140)形成的间隙之间。在柱102被水包围的海洋环境中，由于水相对于环氧树脂180或水泥薄浆181的密度较低，环氧树脂180或水泥薄浆18将取代水。
参考图8-9，为了有助于环氧树脂132的插入，可以使用填充口900。填充口900可以放置在与袋部120的内部流体连通的观察孔123上方或填充孔124上方。填充孔124可以位于袋部120的中心，并且直径上可以大于观察孔123。口900可以连接至导管901，导管901可以连接至管902，管902可以连接至环氧树脂注射枪903。环氧树脂注射枪903可以包括两个隔室或机筒904、905，机筒904、905包括合适的环氧树脂132的不同化学组分部分。在触发组分从机筒904、905中排出时，组分部分可以在进入管902之前在混合管906中混合。环氧树脂132可以穿过管902、导管901、口900，并到达袋部120的内部。当环氧树脂132开始穿透观察孔123和袋部120的开口端时，可以观察到环氧树脂132填充袋部120的整个内部。以这种方式，袋部120可以快速填充有环氧树脂132。在围绕柱101安装壳体110之前，可以移除填充口900。可选地，可以将管(例如，管902)定位在填充孔124上方(或在观察孔123上方)，并且可以穿过管902和填充孔124注射环氧树脂以用环氧树脂填充袋部120。
为了有助于防止环氧树脂132从袋部120的前部排出或渗出，可以粘附一个或多个柔性材料，例如两片玻璃纤维织物，以覆盖袋部120的前部。如上所述，稀松布可用于实现该目的。例如使用将填充袋部120的相同环氧树脂132或使用树脂，可以将柔性材料或稀松布粘附至袋部120的前部或整个袋部120上。可选地，可以使用不同的环氧树脂或黏合剂。虽然柔性材料或稀松布可以防止环氧树脂132从袋部120的内部排出或渗出，但是当需要将层压板130插入每个袋部120中时，这种柔性材料可以足够薄以易于被层压板130穿透。可选地，可以在袋部120的开口处用刀片切割柔性材料或稀松布，以允许层压板130容易地从中滑动。在未切割柔性材料或稀松布的情况下，刺穿柔性材料的层压板130可以仅穿透它至使得柔性材料或稀松布仍然防止环氧树脂132从袋部120排出或渗出的程度。以这种方式，环氧树脂132可以保持在袋部120中，直至环氧树脂132固化。
根据本公开的示例性实施例，以下描述了安装连续性连接件100的示例性方法。为方便和清楚起见，以特定顺序描述了该方法的步骤或操作；许多讨论的操作可以以不同的顺序或并行执行，并且可以排除一些步骤，而不会实质性影响其他操作。如所讨论的，该方法包括可以由多个不同的参与者、设备和/或系统执行的操作。应当理解，可归因于单个参与者、设备或系统的方法中讨论的操作的子集可以认为是单独的独立过程或方法。
首先，将壳体110形成为期望的横截面形状和长度。例如，壳体110可以形成为完全包封例如木柱或水泥柱的柱102的圆柱体，。壳体可以形成有嵌入的碳纤维145。壳体110可以形成有榫槽，或者具有突出的垂直区段，该区段包括用于螺栓或其他紧固元件的孔。
接下来，可以使用黏合剂或环氧树脂浸渍剂将碳纤维织物140粘附至壳体110的内表面。然后，当环氧浸渍剂完全固化时，碳纤维织物140可以硬化。
接下来，两个相邻的袋部120可以在每层碳纤维织物140(或嵌入的碳纤维织物层145)上方，以及在壳体110的每个端部/侧部113、115上粘附至壳体110的内表面。袋部120可以构造成使得它们包括与壳体110的曲率半径匹配或对应的曲率半径。袋部可以使用环氧树脂粘附至壳体110。附加地或可选地，在树脂或环氧树脂中浸渍的柔性材料或稀松布可用于在碳纤维织物层140/145上方将袋部120附接至壳体110。
如上所述，碳纤维层压板130可以类似地形成，使得当使用圆形/圆柱形壳体110时，其包括与壳体110的曲率半径匹配或对应的曲率半径。
壳体110和预安装的碳纤维织物140/145和袋部120可以运输至期望的柱102的位置以保护/增强。碳纤维层压板130也可以与壳体110一起运输，尽管尚未安装在袋部120内。
可以通过填充孔124将环氧树脂黏合剂131泵送或插入两个相邻袋部120中的一个或每个的内部。接下来，可以将碳纤维层压板130插入其中一个袋部120的通道121中。可选地，可以在将壳体110围绕期望的柱102包裹之后插入碳纤维层压板130。可以允许环氧树脂131至少部分地固化。如果仅有一个袋部120填充有环氧树脂131，则该对中的另一个袋部120现在可以填充环氧树脂131。
可以打开壳体110并将其围绕期望的柱102包裹，使得其沿着柱102的纵向长度包封柱102。
碳纤维层压板130的两端和/或碳纤维层压板130的自由端现在可以插入袋部120的通道121中。例如榫槽连接或螺栓连接现在可以用黏合剂连接和/或填充，因为接缝111处的壳体110的两个端部连接在一起。
拉紧带可围绕壳体110缠绕，以在环氧树脂180或水泥薄浆181固化时防止壳体110的膨胀。
密封件可以放置在壳体110的底部的由壳体110和柱102形成的间隙中，以防止环氧树脂180或水泥薄浆181从壳体110底部的间隙排出。可以将环氧树脂180或水泥薄浆181浇入壳体110和柱102之间的间隙中。然后可以使环氧树脂180或水泥薄浆181在接下来的数分钟或数小时内固化，例如二十四或七十二小时。
在该示例性方式中，结合本文公开的示例性连续性连接系统100的壳体110可以显著提高柱的结构强度。
附加说明
以上详细描述包括对附图的参考，附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实践本公开的具体实施例。这些实施例在本文中也称为“实例”。这些实例可以包括除了所示出或描述的那些之外的元件。然而，本发明人还考虑了仅提供所示出或描述的那些元件的实例。此外，本发明人还考虑使用关于特定示例(或其一个或多个方面)或关于本文示出或描述的其他实例(或其一个或多个方面)的，所示出或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的实例。
在本文献中，术语“一”或“一个”，如在专利文献中常见的，用于包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文献中，术语“或”用于表示非排他性的，或使得“a或b”包括“a但不是b”、“b但不是a”和“a和b”，除非另有说明。在本文献中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的通俗英语等同物。而且，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即除了在权利要求中的这一术语之后列出的那些之外的元件的系统、装置、物品、组合物、配方或工艺仍认为落在该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数值要求。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在回顾以上描述时，例如本领域普通技术人员可以使用其他实例。提供摘要以符合37c.f.r.§1.72(b)，以允许读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应解释为意图未要求保护的公开特征对于任何权利要求是必要的。相反，发明主题可以在于少于特定公开实例的所有特征。因此，以下权利要求作为实例或实施例并入详细描述中，其中每个权利要求自身作为单独的实例，并且可以设想这些实例可以以各种组合或置换而彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求有权享有的等同物的全部范围来确定。