一种铝合金卷材加固墩柱结构的制作方法

本发明涉及一种桥梁结构加固的结构，具体涉及一种铝合金卷材加固墩柱结构，属于土木工程技术领域。

背景技术

桥梁是交通运输的重要组成部分，桥梁结构的稳固性和行车安全之间存在着密切的联系。钢筋混凝土墩柱作为桥梁结构中最重要的受力构件之一，由于设计不合理、施工缺陷、长期的荷载以及外界环境的作用，常常会出现各种病害，这些病害的产生将直接造成钢筋混凝土墩柱结构承载力不足、抗震性能降低等问题，影响其正常使用，严重的还会导致桥梁的倒塌。当面临这些病害时，必须对钢筋混凝土墩柱进行加固。

钢筋混凝土墩柱的加固方式有很多，常用的传统加固方式有增大截面法、体外预应力加固法、钢套管加固法等，每种方法都有各自的优势和特点，在实际应用中起到的作用和效果也各不相同。增大截面法作为传统而应用广泛的技术手段，其施工工艺相对简单，但需要制作钢模板或竹木模板，施工作业量大、施工工期长，加固钢筋需面临抗腐蚀问题；体外预应力加固技术虽能有效防治裂缝的产生，提升桥墩的受力状况，但对于桥墩加固，其施工工艺较复杂，施工难度大；钢套管加固技术存在的主要缺点是其需耗费较多的钢材，钢套管自重大，吊装及拼接需要一定的机械，费工费时，导致施工费用较高，且容易出现材质的腐蚀问题，影响桥梁的使用寿命。

纤维格栅以其轻质、高强、耐腐蚀、易成型等优点，可与传统材料混凝土、钢材等通过合理的组合形式共同受力，能有效提高结构构件的延性、抗震性能和抗裂性能，由于其材料及施工工艺的特殊性，在一些特殊环境结构和特种结构的加固领域显示出良好的应用前景。但是纤维格栅加固时，通常必须配置相对应的钢模板才能浇筑混凝土等填充材料，然而钢模板自重大、安装难度大、易锈蚀，如配置纤维增强复合材料等轻质模板，其轻质模板连接困难，连接构造复杂。铝合金卷材作为一种传统材料，同样具有优良的力学性能，其重量轻、强度高、延展性好、耐腐蚀性好，尤其是其相对于钢材，自重轻，相对于纤维增强复合材料，其各向同性，剪切强度高，连接容易。如采用纤维格栅与铝合金卷材组合，发挥各自特性，共同受力，应用于桥梁墩柱的加固，可望发挥出更加突出的效益。

技术实现要素：

本发明提供一种铝合金卷材加固墩柱结构，利用纤维格栅和铝合金卷材的共同作用，发挥各自特性，对桥梁墩柱进行加固，以提高桥梁墩柱的承载力、抗震性能和耐久性，延长桥梁墩柱的使用寿命。

该结构由待加固墩柱、纤维格栅、纤维束、遇水膨胀填充条、铝合金卷材和水泥基粘结材料几部分共同构成，其特征在于纤维格栅由纵向纤维筋和横向纤维筋相互正交组成，纤维格栅的内、外侧分别离散性设有内部垫块和外部垫块，纤维格栅环向缠绕于待加固墩柱的四周，纤维格栅的搭接处采用纤维束浸渍环氧树脂交叉缠绕，使得纤维格栅形成环向连续体系，铝合金卷材的厚度为0.03～3.0mm，其两端各设置一列以上锚固孔，铝合金卷材环向绕过待加固墩柱的四周而两端相互搭接，若干铝合金螺栓穿过铝合金卷材搭接处两端的锚固孔，铝合金螺栓与搭接内侧的铝合金卷材之间设有封闭垫片，配套的铝合金螺帽锚固铝合金螺栓的外露端，铝合金卷材的下沿与待加固墩柱之间的空隙内设置不小于30mm高度的遇水膨胀填充条，其厚度充满空隙，水泥基粘结材料浇筑填充于铝合金卷材与待加固墩柱之间的四周空隙，水泥基粘结材料为混凝土或砂浆内添加聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维或玻璃纤维的一种或多种。

本发明结构中，纤维格栅轻质、高强、耐腐蚀、施工方便，其整体质量轻、强度高，使得环向缠绕纤维格栅无需大型设备机械，且采用纤维束浸渍环氧树脂交叉缠绕，对纤维格栅完成搭接，形成环向连续体系；铝合金卷材厚度纤薄，容易实现环向缠绕，且铝合金卷材的密度仅为钢材的1/3左右，与纤维增强复合材料相近，重量轻，安装也无需大型机械；铝合金的强度能够达到与钢材相近，且铝合金材料各向性能相同，剪切强度高，两端搭接容易实现，无需纤维片材加固中两端额外复杂的锚固措施，铝合金卷材环向绕过待加固墩柱的四周，两端锚固孔穿过若干铝合金螺栓实现相互搭接；在铝合金卷材的下沿与待加固墩柱之间的空隙内设置遇水膨胀填充条进行封底，利用水泥基粘结材料浇筑填充于铝合金卷材与待加固墩柱之间的四周空隙，以实现对桥梁墩柱的加固。整个加固施工对于桥梁水下结构的实施，无需排水，无需额外模板，铝合金卷材即是施工阶段模板，又是使用阶段的增强材料；加固结构涉及的材料皆具有优良的耐腐蚀性，为加固结构的长期寿命提供保障。

所述的遇水膨胀填充条粘贴或嵌固于待加固墩柱表面或铝合金卷材表面或二者表面，遇水膨胀填充条由无机吸水膨胀材料与橡胶合成，其表面设置定时缓膨涂层，遇水膨胀填充条的终极膨胀变形为1.5-4.8倍。

所述的水泥基粘结材料加入水下不分散剂。

所述的纤维格栅为碳纤维格栅、玻璃纤维格栅、玄武岩纤维格栅、芳纶纤维格栅或混杂纤维格栅的一种。

本发明充分利用纤维格栅、铝合金卷材等多种材料的优势特点，具有以下优点：

(1)铝合金卷材单层厚度纤薄，容易缠绕成型；铝合金卷材可以直接作为浇注水泥基粘结材料的外层模板，现场无需搭设模板；铝合金卷材在使用阶段作为墩柱加固的增强材料，无需拆除，一材多用。

(2)铝合金卷材通过铝合金螺栓、铝合金螺帽搭接，其连接便捷，连接速度快，连接承载力可靠，同时，通过内置封闭垫片防止水泥基粘结材料外漏。

(3)纤维格栅缠绕施工便利，其搭接处采用纤维束绑扎成型，保障了搭接的便利与材料的一致性。

(4)遇水膨胀填充条采用无机吸水膨胀材料与橡胶合成，表面设置定时缓膨涂层，其终极膨胀变形可达1.5-4.8倍，其膨胀性和膨胀的时效控制能够保证与铝合金卷材之间的密贴与施工的过程控制，能够有效防止水泥基粘结材料从底部渗漏。

(5)遇水膨胀填充条可直接粘贴或嵌固于待加固墩柱表面或铝合金卷材表面或二者表面，施工简便、快捷。

(6)水泥基粘结材料中加入水下不分散剂，具有很强的抗分散性、较好的流动性和自密实性，能够直接在不排水条件下灌注浇筑，并得到可靠的强度。

(7)纤维格栅和铝合金卷材的组合可以有效提高待加固墩柱的抗剪能力、延性、抗震性，加固材料都具有很好的抗腐蚀性能，能够保障加固结构良好的耐久性。

(8)施工工艺简单、工期短、维护费用低、无需大型设备，对通航影响小，加固时对原结构几乎没有影响。

本发明结构可用于普通陆上桥梁墩柱的加固，也可用于桥梁水下墩柱的加固，施工过程中无需排水。

附图说明：

图1是一种铝合金卷材加固墩柱结构的结构立体示意图；

图2是一种铝合金卷材加固墩柱结构缠绕纤维格栅及搭接示意图；

图3是一种铝合金卷材加固墩柱结构缠绕铝合金卷材及锚固孔示意图；

图4是一种铝合金卷材加固墩柱结构铝合金卷材两端锚固示意图；

图5是一种铝合金卷材加固墩柱结构内部垫块及外部垫块设置纵断面示意图；

图6是一种铝合金卷材加固墩柱结构铝合金螺栓、封闭垫片及铝合金螺帽组成示意图；

图7是一种铝合金卷材加固墩柱结构的遇水膨胀填充条设置示意图；

在附图中，1为待加固墩柱；101为铝合金螺栓；102为封闭垫片；103为铝合金螺帽；2为纤维格栅；21为纵向纤维筋；22为横向纤维筋；201为内部垫块；202为外部垫块；3为纤维束；4为遇水膨胀填充条；5为铝合金卷材；51为锚固孔；6为填充材料。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提供一种铝合金卷材加固墩柱结构，包括待加固墩柱1、纤维格栅2、纤维束3、遇水膨胀填充条4、铝合金卷材5和水泥基粘结材料6组成，其特征在于纤维格栅2由纵向纤维筋21和横向纤维筋22相互正交组成，纤维格栅2的内、外侧分别离散性设有内部垫块201和外部垫块202，纤维格栅2环向缠绕于待加固墩柱1的四周，纤维格栅2的搭接处采用纤维束3浸渍环氧树脂交叉缠绕，使得纤维格栅2形成环向连续体系，铝合金卷材5的厚度为0.03～3.0mm，其两端各设置一列以上锚固孔51，铝合金卷材5环向绕过待加固墩柱1的四周而两端相互搭接，若干铝合金螺栓101穿过铝合金卷材5搭接处两端的锚固孔51，铝合金螺栓101与搭接内侧的铝合金卷材5之间设有封闭垫片102，配套的铝合金螺帽103锚固铝合金螺栓101的外露端，铝合金卷材5的下沿与待加固墩柱1之间的空隙内设置不小于30mm高度的遇水膨胀填充条4，其厚度充满空隙，水泥基粘结材料6浇筑填充于铝合金卷材5与待加固墩柱1之间的四周空隙，水泥基粘结材料6为混凝土或砂浆内添加聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、玄武岩纤维、钢纤维或玻璃纤维的一种或多种。

所述的遇水膨胀填充条4粘贴或嵌固于待加固墩柱1表面或铝合金卷材5表面或二者表面，遇水膨胀填充条4由无机吸水膨胀材料与橡胶合成，其表面设置定时缓膨涂层，遇水膨胀填充条4的终极膨胀变形为1.5-4.8倍。

所述的水泥基粘结材料6加入水下不分散剂。

所述的纤维格栅2为碳纤维格栅、玻璃纤维格栅、玄武岩纤维格栅、芳纶纤维格栅或混杂纤维格栅的一种。

本发明结构中，纤维格栅轻质、高强、耐腐蚀、施工方便，其整体质量轻、强度高，使得环向缠绕纤维格栅无需大型设备机械，且采用纤维束浸渍环氧树脂交叉缠绕，对纤维格栅完成搭接，形成环向连续体系；铝合金卷材厚度纤薄，容易实现环向缠绕，且铝合金卷材的密度仅为钢材的1/3左右，与纤维增强复合材料相近，重量轻，安装也无需大型机械；铝合金的强度能够达到与钢材相近，且铝合金材料各向性能相同，剪切强度高，两端搭接容易实现，无需纤维片材加固中两端额外复杂的锚固措施，铝合金卷材环向绕过待加固墩柱的四周，两端锚固孔穿过若干铝合金螺栓实现相互搭接。整个加固施工对于桥梁水下结构的实施，无需排水，无需额外模板，铝合金卷材即是施工阶段模板，又是使用阶段的增强材料；加固结构涉及的材料皆具有优良的耐腐蚀性，为加固结构的长期寿命提供保障。