一种刚柔结合的管内环向预应力加固方法与流程

本发明涉及一种刚柔结合的管内环向预应力加固方法，属于加固工程。

背景技术：

1、pccp是预应力钢筒混凝土管( prestressedconcrete cylinder pipe)的简称，它是指由两端带承插口钢圈的钢筒和钢筒内、外两侧混凝土层组成管芯，并在管芯外壁缠绕预应力高强钢丝，再辊射水泥砂浆保护层而制成的一种复合型管材。

2、南京水利科学研究院针对pccp管断丝补强加固提出了系列专利技术，包括《一种管内环向预应力修补加固系统》、《一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置》、《一种高压弹性管内充填固化材料环向预应力加固的装置》等，通过理论、试验、工程应用，发现环向预应力材料（如碳纤维板）与管内壁间粘贴可靠性的保障是该技术的关键点之一，典型的破坏模式为某处发现脱胶，会导致该处附近一小片失效剥落。

3、在试验研究与工程应用中，采用了管道内壁混凝土表面凿毛、表面渗入性结构胶加强、预应力大小合理控制等方法以提高粘贴可靠性，降低脱胶风险发生。

4、但是，单一碳纤维板的局部脱胶还面临会迅速扩展风险，由于缺陷是必然的，碳纤维板的粘结应力控制值偏低；这是碳纤维板材料本身的特性以及其所承受的预应力所必然存在的风险。

技术实现思路

1、本发明要解决技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种能够提高管内环向预应力加固可靠性的管内环向预应力加固方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种刚柔结合的管内环向预应力加固方法，包括如下步骤：

3、（1）根据待加固管的直径、设计内压、待增强补强承载力等情况，选择适应的钢胀圈、碳纤维板；所述钢胀圈的侧壁具有缺口并能够膨胀，所述钢胀圈膨胀后，在其缺口处补充连接段，使得所述钢胀圈能够保持应力；所述钢胀圈上具有若干能够向所述钢胀圈外侧进行灌浆的灌浆嘴；

4、（2）清理待加固部位的管壁；

5、（3）在所述钢胀圈的外表面涂刷具有缓固、润滑特性的结构胶，将碳纤维板贴覆在钢胀圈的外表面；

6、（4）使用钢桁架支撑所述钢胀圈；所述钢桁架与所述钢胀圈之间具有气囊；

7、（5）为所述气囊充气进行膨胀，同时，所述钢胀圈膨胀；使所述碳纤维板拉应变应力达到所需值；

8、（6）通过灌浆嘴进行灌浆，浆液填充进碳纤维板与待加固部位的管壁之间的空隙；

9、（7）待灌入的浆液固化后，拆除钢桁架和气囊。

10、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的膨胀的方法是，在其缺口处使用若干同步千斤顶将所述钢胀圈胀开，待所述碳纤维板拉应变应力达到所需值后，使用连接段锁定所述钢胀圈。

11、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的缺口处具有用于安装所述同步千斤顶的侧耳。

12、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的膨胀的方法是使用降温板；所述降温板内具有冷液管；所述降温板紧贴所述钢胀圈的内侧壁；通过降温板内的冷液预先降低所述钢胀圈的温度，当所述钢胀圈达到所需形变时，则使用连接段锁定所述钢胀圈，再将所述降温板停止工作，而后所述钢胀圈恢复温度，产生膨胀。

13、上述方案进一步的改进在于：所述降温板为铝材，其背向所述钢胀圈的一侧覆盖有保温层，朝向所述钢胀圈的一侧具有若干磁铁。

14、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的外侧壁具有凹槽，以容纳所述碳纤维板。

15、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的外侧壁的两端具有密封圈。

16、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的内侧壁与所述气囊之间进行润滑处理。

17、上述方案进一步的改进在于：所述钢胀圈的两端具有能够约束所述气囊的限位圈。

18、上述方案进一步的改进在于：所述气囊对应所述钢胀圈的缺口处具有金属铠甲。

19、本发明提供的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，使用碳纤维预拉力环与钢内衬预压环共同补强；是将刚（压）-柔（拉）结合的环向组合材料环替代原来单一柔（拉）性材料环，充分利用碳纤维材料高强度及低弹模大变形性能（大延伸率特性）、高强钢高弹模低压缩性组合。碳纤维圈预拉应力部分由高强钢圈预压应力平衡，碳纤维圈另一部分预拉应力由碳板与管内壁混凝土间粘结力平衡。

技术特征：

1.一种刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的膨胀的方法是，在其缺口处使用若干同步千斤顶将所述钢胀圈胀开，待所述碳纤维板拉应变应力达到所需值后，使用连接段锁定所述钢胀圈。

3.根据权利要求2所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的缺口处具有用于安装所述同步千斤顶的侧耳。

4.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的膨胀的方法是使用降温板；所述降温板内具有冷液管；所述降温板紧贴所述钢胀圈的内侧壁；通过降温板内的冷液预先降低所述钢胀圈的温度，当所述钢胀圈达到所需形变时，则使用连接段锁定所述钢胀圈，再将所述降温板停止工作，而后所述钢胀圈恢复温度，产生膨胀。

5.根据权利要求4所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述降温板为铝材，其背向所述钢胀圈的一侧覆盖有保温层，朝向所述钢胀圈的一侧具有若干磁铁。

6.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的外侧壁具有凹槽，以容纳所述碳纤维板。

7.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的外侧壁的两端具有密封圈。

8.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的外侧壁与所述碳纤维板之间进行润滑处理。

9.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述钢胀圈的两端具有能够约束所述气囊的限位圈。

10.根据权利要求1所述的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，其特征在于：所述气囊对应所述钢胀圈的缺口处具有金属铠甲。

技术总结
本发明涉及一种刚柔结合的管内环向预应力加固方法，包括：组装设备、膨胀施加预应力、灌浆粘合等步骤。本发明提供的刚柔结合的管内环向预应力加固方法，使用碳纤维预拉力环与钢内衬预压环共同补强；是将刚（压）‑柔（拉）结合的环向组合材料环替代原来单一柔（拉）性材料环，充分利用碳纤维材料高强度及低弹模大变形性能（大延伸率特性）、高强钢高弹模低压缩性组合。碳纤维圈预拉应力部分由高强钢圈预压应力平衡，碳纤维圈另一部分预拉应力由碳板与管内壁混凝土间粘结力平衡。

技术研发人员：刘海祥,张慈沁,唐云清,黄志鹏,李军,柯敏勇,栾成钰,鲁文妍,贾海磊,陈西宁,石中文,洪欣
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15