专利名称：桥墩加固方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种桥 墩加固方法及其装置，尤其是一种利用复合材料对桥墩进行加 固的方法及装置，具体地说是一种使用复合材料加固已有的钢筋混凝土及预应力混凝土桥 墩，以提高桥墩的抗震延性及防撞性能的桥墩加固方法及其装置。
背景技术：
近年来世界各地发生了几次重大桥梁事故，1994年韩国圣水大桥灾难性破坏， 2007年美国明尼阿波利斯市告诉公路大桥倒塌，1999年台湾集集地震中发生大量桥墩破 坏导致桥梁侧塌事故，同时随着交通量的迅猛增加，大吨位车辆越来越多，许多钢筋混凝土 及预应力混凝土桥梁和港口码头等由于承载力不足，桥墩受车船撞击，地震荷载作用下的 剪切破坏，及日常营运中环境中混凝土的开裂剥落，尤其是海洋环境中的腐蚀破坏，混凝土 结构不同程度的出现了露筋、锈蚀、剥落、老化、磨损、锈蚀等等问题从而导致桥梁受力体系 中桥墩的破坏从而引起桥梁的全部或局部破坏亦或是降低了桥梁结构整体延性能力和承 载力，严重影响了结构的耐久性，存在工程事故隐患。因此对其的加固维修问题已渐成为国 内外广泛关注的焦点。目前常用的加固钢筋混凝土及预应力混凝土桥墩的方法有在已有桥墩外侧套上 箍筋，外面立模板并使用混凝土浇筑的加固法；碳纤维布加固法等。但是，传统的加固方 法存在着一些不可避免的缺陷，套箍筋浇筑混凝土需要模板和大量的钢筋同时需要机械设 备，施工复杂，对空间有一定的要求，但是对耐久性没有本质的改善，同时也增加了自重；使 用碳纤维布加固法，其工艺为将碳纤维布通过树脂粘贴在已有混凝土表面，但是在外界因 素和时间等影响的作用下，碳纤维布与混凝土的粘结力降低，影响加固效果，养护麻烦，并 且对被加固的混凝土强度和混凝土表面正拉黏结强度有一定的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的复合材料加固方法存在的加固强度不高，工艺复杂的 问题，发明一种其于三维编织技术的复合材料桥墩加固方法及其装置，它不仅对桥墩起到 加固作用，同时具有防护作用，使得桥墩更具有耐久性，并改善和提高混凝土墩柱的延性。本发明的技术方案之一是
一种桥墩加固方法，其特征是它包括以下步骤
首先，利用复合材料纤维编制成外形与桥墩相配的带有开口的套筒，且套筒的开 口处应形成搭接部，同时应使套筒内壁编织时形成整体相连的凸出的环形筋条结构；
其次，将上述套筒套在桥墩上，相邻套筒的开口处应错开一个相等的角度，避免所有开 口在同一直线上，同时将开口处用粘结剂粘住；
第三，以套筒为模板，向套筒内壁与桥墩外壁之间的空间中加注环氧砂浆，形成新的环 氧砂浆保护层，套筒内壁上的凸出的环形筋条被浇铸在环氧砂浆中以增强环氧砂浆与套 筒的结合力；第四，沿桥墩高度方向用若干条长条状纤维布粘结覆盖住所有套筒的开口，长条状纤 维布的数量等于360度除以相邻套筒开口处错开的角度。所述的环形筋条结构呈纵向或横向布置在套筒的内壁上，环形筋条的中心孔应保 证环氧砂浆能穿过。所述的相邻套筒的开口处错开的角度为90度。所述的长条状纤维布的宽度为15-20厘米。所述的套筒的高度为10-50厘米。本发明的技术方案之二是
一种桥墩加固装置，其特征是它包括若干与桥墩横截面外形相配的复合材料套筒，所 述的套筒套装在桥墩上，在桥墩与套筒之间浇铸有环氧砂浆保护层，所述的套筒采用三维 编织工艺编织而成，它带有便于套装在桥墩上的开口，每个套筒的开口处应设有搭接边，搭 接边通过粘结相连从而使套筒形成一个整体环形结构，每个套筒的内壁设有凸起的环形筋 条结构，该加强筋浇铸在环氧砂浆中起到增强套筒与环氧砂浆结合强度的作用，相邻套筒 的开口之间相差一个相等的角度，在各开口处均粘结有能将其覆盖的沿桥墩高度方向的长 条状纤维布，长条状纤维布将各套筒沿桥墩长度方向连接成一个整体结构。
所述的环形筋条结构呈纵向或横向布置在套筒的内壁上，环形筋条的中心孔应保 证环氧砂浆能穿过。所述的相邻套筒的开口处错开的角度为90度。所述的长条状纤维布的宽度为15-20厘米。所述的套筒的高度为10-50厘米。本发明的有益效果
(1)本发明的纤维采用三维编织工艺，加劲层与外壁同时成型，整体性好。(2)套筒至于桥墩外后，可用作永久模板，加劲层增加了复合材料与混凝土的粘结 强度。(3)复合材料套筒抗拉强度高、自重轻、施工方便、耐腐蚀性好、耐潮湿，尤其适用 于在腐蚀性环境下工作的墩柱加固。同时无需箍筋，环箍式套筒无需连接，单个成筒，体积 小，重量轻，易于运输。(4)复合材料加固能明显改善和提高混凝土墩柱的延性，因为复合材料在破坏前 一直都处在弹性工作状态，尤其在地震的反复荷载作用下纤维不会产生残余变形和积累破 坏，墩柱强度退化少。(5)横向预制板材施工方便，有利加强横向约束力，防止角部冲撞损伤，与现有桥 墩黏结效果好。(6)复合材料套筒可以根据需求做成不同的颜色，美化了桥墩。
图1是本发明的桥墩套筒加固示意图。图1 (a)为正方形桥墩的套筒加固结构示意图；图1 (b)为圆柱柱形桥墩的套筒 加固结构示意图。图2是本发明的适用于圆柱形桥墩的圆形环箍式套筒的结构示意图。
图3是本发明的圆形环箍式套筒的截面示意图。图4是本发明的圆形环箍式套筒拼接过程示意图。图5是本发明的圆形环箍式套筒接口处未处理成型图。图6是本发明的圆柱形桥墩的加固过程示意图。图7是本发明的矩形环箍式套筒的结构示意图。图8是本发明的矩形环箍式套筒截面示意图。图9是本发明的矩形环箍式套筒拼接过程示意图。图10是本发明的矩形环箍式套筒接口处未处理时的成型图。图11是本发明的矩形环箍式套筒成型过程图。图12是本发明的套筒内壁的环形筋条的结构示意图。图12 (a)为正视结构示意图；图12 (b)为仰视图；图12 (c)为左视图。图中1为圆形桥墩，2为圆形环箍式套筒，3为圆形套筒开口 ；4为矩形桥墩，5为 矩形环箍式套筒，6为矩形套筒开口 ；7为圆形桥墩接口处纤维布，8为矩形桥墩接口处纤维 布；9套筒内壁的空间加强筋；10为浇铸在套筒与桥墩之间的环氧砂浆(也可用混凝土砂浆 代替)。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。实施例一。如图1所示。一种复合材料桥墩加固方法，它包括以下步骤
(1)纤维材料三维编制成高度为不小于10厘米(最好是10 50厘米)的圆形或倒圆 角矩形带开口的套筒，套筒内壁为环状加强筋9，加强筋可沿内壁纵向或横向排列，也可无 规律排列，加强筋的高度、间距可根据受力情况进行设计，最大限度地满足实际要求。(2)将复合材料套筒作为永久模板套在桥墩表面，在套筒和已有桥墩外壁之间浇 筑混凝土 (最好采用环氧砂浆)，使套筒和桥墩连接成整体，同时套筒加强筋可以大大提高 界面的粘结力。(3)圆形套筒相邻开口位置呈90° (也可为其它任意角度)错开，矩形套筒依次在 矩形四角开口，避免接口在同一竖直线上，截面处整体刚度受影响(如图1所示)。(4)接口处套筒壁无需加强筋，通过环氧树脂交叉胶粘在一起即可。(5)套筒内壁灌水泥砂浆(环氧砂浆)与原有混凝土桥墩紧密结合。(7)所有套筒安装、胶结完毕，用四条纤维布(或等于360度除以错开的角度所得 的数量的纤维布条)从上往下将套筒接口位置封住，纤维布通过环氧树脂胶与套筒接口连 接，接口两侧纤维布宽度需比交叉套筒壁各宽l(T20cm以完全覆盖住开口处。(7)纤维可以是单一的玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等，亦可是是由以 上纤维混杂编织。编织时可以选用不同的角度及颜色。实施例二。 如图 2-6、12 所示。一种桥墩加固装置，它包括若干与圆柱形桥墩1横截面相配的圆形环箍式复合材料套筒2 (如图2)，复合材料可以是单一的玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等，亦 可是是由以上纤维混杂编织。编织时可以选用不同的角度及颜色。所述的套筒2套装在桥 墩1上，在桥墩1与套筒2之间浇铸有环氧砂浆保护层10 (图lb)，所述的复合材料套筒2 采用三维编织工艺编织而成，它带有便于套装在桥墩上的开口 3 (如图3)，每个套筒2的开 口 3处应设有搭接边(图lb)，搭接边的宽度约为5厘米，搭接边可通过粘结相连从而使套筒 形成一个整体环形结构，每个套筒2的内壁设有凸起的环形加强筋9，该加强筋9浇铸在环 氧砂浆中起到增强套筒2与环氧砂浆10结合强度的作用，相邻套筒2的开口之间相差一个 相等的角度(图中为90度)，在各开口处均粘结有能将其覆盖的沿桥墩高度方向的长条状纤 维布7，长条状纤维布7将各套筒沿桥墩长度方向连接成一个整体结构。所述的长条状纤维 布的宽度应能覆盖在各套筒的开口处，以15-20厘米为最佳。 本实施例的加固过程为
首先，利用复合材料纤维编制成外形与桥墩相配的带有开口的圆形环箍式套筒2，且套 筒2的开口 3处应形成搭接部(图2、3)，同时应使套筒内壁编织时形成整体相连的凸出的环 形加强筋9 (图12);
其次，将上述套筒套在桥墩上，相邻套筒的开口处应错开一个相等的角度，避免所有开 口在同一直线上，同时将开口处用粘结剂粘住；套装过程如图4所示，套装后的效果如图5 所示；
第三，以套筒为模板，向套筒内壁与桥墩外壁之间的空间中加注环氧砂浆，形成新的环 氧砂浆保护层，套筒内壁上的凸出的环形筋条被浇铸在环氧砂浆中以增强环氧砂浆与套 筒的结合力；如图5。第四，沿桥墩高度方向用若干条长条状纤维布粘结覆盖住所有套筒的开口，长条 状纤维布的数量等于360度除以相邻套筒开口处错开的角度。如图6所示。实施例三。如图7-12所示。一种桥墩加固装置，它包括若干与圆柱形桥墩1横截面相配的矩形环箍式复合材 料套筒5 (如图7)，复合材料可以是单一的玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等，亦 可是是由以上纤维混杂编织。编织时可以选用不同的角度及颜色。所述的套筒5套装在矩 形桥墩4上(图8)，在桥墩4与套筒5之间浇铸有环氧砂浆保护层10 (图la、图8)，所述的 复合材料套筒5采用三维编织工艺编织而成，它带有便于套装在桥墩上的开口 6 (如图7、 8)，每个套筒5的开口 6处应设有搭接边(图la、8)，搭接边的宽度约为5厘米，搭接边可通 过粘结相连从而使套筒形成一个整体环形结构，每个套筒5的内壁设有凸起的环形加强筋 9，该加强筋9浇铸在环氧砂浆中起到增强套筒5与环氧砂浆10结合强度的作用，相邻套筒 5的开口之间相差90度，在各开口处均粘结有能将其覆盖的沿桥墩高度方向的长条状纤维 布8，长条状纤维布8将各套筒沿桥墩长度方向连接成一个整体结构。所述的长条状纤维布 8的宽度应能覆盖在各套筒的转角，以15-20厘米为最佳。本实施例的加固过程为
首先，利用复合材料纤维编制成外形与桥墩相配的带有开口的矩形环箍式套筒5，且套 筒5的开口 6处应形成搭接部(图7、8)，同时应使套筒内壁编织时形成整体相连的凸出的环 形加强筋9 (图12);其次，将上述套筒套在桥墩上，相邻套筒的开口处应错开一个相等的角度，避免所有开 口在同一直线上，同时将开口处用粘结剂粘住；套装过程如图9所示，套装后的效果如图10 所示；
第三，以套筒为模板，向套筒内壁与桥墩外壁之间的空间中加注环氧砂浆，形成新的环 氧砂浆保护层，套筒内壁上的凸出的环形筋条被浇铸在环氧砂浆中以增强环氧砂浆与套 筒的结合力；如图10。第 四，沿桥墩高度方向用四条长条状纤维布粘结覆盖住所有矩形环箍式套筒5的 开口 6。如图11所示。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种桥墩加固方法，其特征是它包括以下步骤首先，利用复合材料纤维编制成外形与桥墩相配的带有开口的套筒，且套筒的开 口处应形成搭接部，同时应使套筒内壁编织时形成整体相连的凸出的环形筋条结构；其次，将上述套筒套在桥墩上，相邻套筒的开口处应错开一个相等的角度，避免所有开 口在同一直线上，同时将开口处用粘结剂粘住；第三，以套筒为模板，向套筒内壁与桥墩外壁之间的空间中加注环氧砂浆，形成新的环 氧砂浆保护层，套筒内壁上的凸出的环形筋条被浇铸在环氧砂浆中以增强环氧砂浆与套 筒的结合力；第四，沿桥墩高度方向用若干条长条状纤维布粘结覆盖住所有套筒的开口，长条状纤 维布的数量等于360度除以相邻套筒开口处错开的角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的环形筋条结构呈纵向或横向布置在套 筒的内壁上，环形筋条的中心孔应保证环氧砂浆能穿过。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的相邻套筒的开口处错开的角度为90度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的长条状纤维布的宽度为15-20厘米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的套筒的高度为10-50厘米。
6.一种桥墩加固装置，其特征是它包括若干与桥墩横截面外形相配的复合材料套筒， 所述的套筒套装在桥墩上，在桥墩与套筒之间浇铸有环氧砂浆保护层，所述的套筒采用三 维编织工艺编织而成，它带有便于套装在桥墩上的开口，每个套筒的开口处应设有搭接边， 搭接边通过粘结相连从而使套筒形成一个整体环形结构，每个套筒的内壁设有凸起的环形 筋条结构，该加强筋浇铸在环氧砂浆中起到增强套筒与环氧砂浆结合强度的作用，相邻套 筒的开口之间相差一个相等的角度，在各开口处均粘结有能将其覆盖的沿桥墩高度方向的 长条状纤维布，长条状纤维布将各套筒沿桥墩长度方向连接成一个整体结构。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是所述的环形筋条结构呈纵向或横向布置在套 筒的内壁上，环形筋条的中心孔应保证环氧砂浆能穿过。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征是所述的相邻套筒的开口处错开的角度为90度。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征是所述的长条状纤维布的宽度为15-20厘米。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征是所述的套筒的高度为10-50厘米。
全文摘要
一种桥墩加固方法及装置，其特征是它包括若干与桥墩横截面外形相配的复合材料套筒，所述的套筒套装在桥墩上，在桥墩与套筒之间浇铸有环氧砂浆保护层，所述的套筒采用三维编织工艺编织而成，它带有便于套装在桥墩上的开口，每个套筒的开口处应设有搭接边，搭接边通过粘结相连从而使套筒形成一个整体环形结构，每个套筒的内壁设有凸起的环形筋条结构，该加强筋浇铸在环氧砂浆中起到增强套筒与环氧砂浆结合强度的作用，相邻套筒的开口之间相差一个相等的角度，在各开口处均粘结有能将其覆盖的沿桥墩高度方向的长条状纤维布，长条状纤维布将各套筒沿桥墩长度方向连接成一个整体结构。本发明具有强度高，寿命长，施工方便的优点。
文档编号E01D19/02GK102108680SQ201110002670
公开日2011年6月29日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者刘伟庆, 张建东, 方海, 王俊, 赵慧敏, 陆伟东 申请人:南京工业大学