一种钢筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法 |
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| 申请号 | CN202410049761.X | 申请日 | 2024-01-13 | 公开(公告)号 | CN117738100A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 王代玉; 孙庞博; 张梦洁; 张健; 白慧宇; 翟长海; 吴香国; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 混凝土 结构柱加固技术领域，尤其涉及一种 钢 筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法，包括桥墩、UHPC壳体、灌浆混凝土注入管、FRP布、粘结剂、半圆环和凹槽，所述桥墩的一侧外壁上安装有UHPC壳体，所述UHPC壳体的一侧缠绕连接有FRP布，所述FRP布与UHPC壳体的之间涂有粘结剂，所述UHPC壳体的一侧对称安装有半圆环，所述半圆环的顶端开设有凹槽，所述凹槽的一侧安装有灌浆混凝土注入管；所述UHPC壳体的直径略大于桥墩的外接圆；该发明实现了结构的预制装配化，在施工时免模板免支护，快速、高效的加固过程使本发明不仅能对灾前桥墩进行加固，还能对灾后损伤桥墩进行快速修复，实现了 桥梁 交通运输功能的快速恢复。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法，其特征在于，包括桥墩(1)、UHPC壳体(2)、灌浆混凝土注入管(3)、FRP布(4)、粘结剂(5)、半圆环(6)和凹槽(7)，所述桥墩(1)的一侧外壁上安装有UHPC壳体(2)，所述UHPC壳体(2)的一侧缠绕连接有FRP布(4)，所述FRP布(4)与UHPC壳体(2)的之间涂有粘结剂(5)，所述UHPC壳体(2)的一侧对称安装有半圆环(6)，所述半圆环(6)的顶端开设有凹槽(7)，所述凹槽(7)的一侧安装有灌浆混凝土注入管(3)。 |
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| 说明书全文 | 一种钢筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法 技术领域背景技术[0003] 增大截面加固法作为最广为使用的墩柱加固方法之一，在施工中需要另支模浇筑并等待混凝土养护，不利于结构的快速修复；随着FRP与UHPC等新材料的涌现，墩柱修复技术有了长足发展；FRP因其具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、施工便捷等优良特性，在一定程度上解决了增大截面加固法的痛点；然而，为确保FRP与桥墩共同受力，该方法需要确保柱表面平整无裂缝，以排除FRP剥落的风险；开裂或混凝土局部压碎等常见损伤会导致桥墩表面处理困难，进而引起FRP的应力集中，使其过早断裂，强度无法充分利用；UHPC模壳的强度与耐久性较为优秀，但是其拼接复杂，与加固柱的协同工作困难。 发明内容[0004] 本发明解决的问题在于提供一种钢筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种钢筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法，包括桥墩、UHPC壳体、灌浆混凝土注入管、FRP布、粘结剂、半圆环和凹槽，所述桥墩的一侧外壁上安装有UHPC壳体，所述UHPC壳体的一侧缠绕连接有FRP布，所述FRP布与UHPC壳体的之间涂有粘结剂，所述UHPC壳体的一侧对称安装有半圆环，所述半圆环的顶端开设有凹槽，所述凹槽的一侧安装有灌浆混凝土注入管。 [0006] 优选的，所述UHPC壳体的直径略大于桥墩的外接圆，且高度等于桥墩底部塑性铰的高度。 [0007] 优选的，所述UHPC壳体采用离心法制备，所述离心法采用的模板内置隔板。 [0009] 优选的，本发明包括如下步骤： [0010] S1、切割UHPC壳体：测量桥墩尺寸并按照尺寸切割预制的UHPC壳体； [0011] S2、清理桥墩：将桥墩的表面充分凿毛，若有酥松的混凝土则需要剔除并露出钢筋，并对桥墩的表面进行湿润； [0012] S3、布置UHPC壳体：测量桥墩的大小并将合适尺寸的UHPC壳体运至施工现场并拼接，需确保壳体与桥墩的最小间距大于60mm； [0014] S5、涂抹底胶并找平：搅拌粘结剂至色泽均匀，用滚桶刷或毛刷将粘结剂均匀涂抹于UHPC壳体表面，并确保无漏刷或有流淌、气泡，等待至指触干燥，将不平整部位用刮刀与粘结剂修补填平； [0015] S6、粘贴FRP布：裁剪FRP布，再次将粘结剂均匀涂刷于粘贴部位，将FPR布用手轻压贴于需粘贴的位置并确保FRP布沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，自下而上粘贴FRP布，采用专用的滚子顺纤维方向多次滚压并挤除气泡,至UHPC壳体稳固后撤除支撑架，在FRP布的外表面涂抹一粘结剂并等待干燥； [0016] S7、灌浆：进行柱底塑性铰加固时，通过灌浆混凝土注入管将灌浆混凝土沿UHPC壳体与桥墩间隙的上端灌入，连续浇筑至混凝土从UHPC壳体上缘溢出，并在适当的温度与湿度下进行养护。 [0018] 优选的，在所述S7中，还可以进行全高加固，将混凝土灌注口卡入凹槽中，连续浇筑至从出另一端凹槽溢出并填满UHPC壳体上端与楼盖的缝隙，并在适当的温度与湿度下进行养护。 [0019] 优选的，对于表面混凝土未脱落的桥墩，可省略所述S7，而选用内径与桥墩直径相同的UHPC壳体，直接采用粘结剂粘合UHPC壳体与桥墩。 [0021] 优选的，所述移动打磨组件包括第一电机、第一齿轮、丝杆、第二齿轮、移动架、滑轨、第二电机、第三齿轮、移动块、螺纹孔、打磨弧板、清理弧板、弧形滑板和齿条，所述清理安装框架内安装有移动架，所述移动架的顶端安装有打磨弧板，所述移动架的顶端安装有清理弧板，所述打磨弧板与清理弧板的底端均焊接有弧形滑板，所述移动架的顶端对应弧形滑板位置焊接有滑轨，所述打磨弧板与清理弧板的底端均焊接有齿条，两个所述齿条的一侧啮合安装有第三齿轮，所述移动架的一侧镶嵌安装有第二电机，且第二电机的输出轴顶端固接于第三齿轮的外壁上，所述移动架的底端对称焊接有移动块，所述清理安装框架的两侧内壁上对称转动连接有丝杆，所述移动块的一侧对应丝杆位置开设有螺纹孔，所述丝杆的一侧固定连接有第二齿轮，两个所述第二齿轮的一侧外壁上啮合安装有第一齿轮，所述清理安装框架的一侧内壁上镶嵌安装有第一电机，且第一电机的输出轴一端固接于第一齿轮的外壁上。 [0022] 优选的，所述移动夹持组件包括移动孔、夹持弧板、移动杆、连接盘和弹簧，所述清理安装框架的顶端对称安装有夹持弧板，所述夹持弧板的一侧对称焊接有移动杆，所述清理安装框架的两侧对应移动杆位置分布开设有移动孔，所述移动杆的另一端固定连接有连接盘，两个所述连接盘的一侧固定连接有弹簧。 [0023] 本发明的有益效果是： [0024] 实现了结构的预制装配化，在施工时免模板免支护，快速、高效的加固过程使本发明不仅能对灾前桥墩进行加固，还能对灾后损伤桥墩进行快速修复，实现了桥梁交通运输功能的快速恢复； [0025] 通过UHPC壳体和FRP布的共同约束，充分发挥UHPC的抗压性能和FRP布的抗拉性能，FRP布外包于UHPC层改善了界面黏结，提高了FRP布与桥墩的粘结强度和可靠性，有效提升了桥墩的延性和承载力； [0026] 通过使用UHPC壳体和FRP布来保护桥墩，UHPC具有出色的耐久性和抗化学侵蚀能力，而FRP布可以对内部混凝土提供有效约束且其自身优良的耐腐蚀性，可以有效地提高桥墩的韧性、耐久性和抗腐蚀性能，减少其受到外界环境的侵害，从而延长桥墩的使用寿命； [0027] 可以根据具体的桥墩的截面形式进行定制设计，可以灵活应用于各种形状和尺寸的桥墩中； [0028] 采用了移动打磨组件，可以对UHPC壳体进行自动打磨，并且对UHPC壳体进行灰尘清理，提高了结构的打磨效果； [0030] 图1为本发明FRP约束UHPC模壳的分解图； [0031] 图2为本发明应用于桥墩全高加固时的UHPC壳体图； [0032] 图3为本发明离心法制备UHPC壳体时离心制管机的剖面图； [0033] 图4为本发明施工时支撑装置的使用方法示意图； [0034] 图5为本发明打磨装置的立体结构图； [0035] 图6为本发明打磨装置的主视剖切结构图； [0036] 图7为本发明打磨装置的侧视剖切结构图； [0037] 图8为本发明打磨装置的剖切立体结构图。 [0038] 图例说明： [0039] 1、桥墩；2、UHPC壳体；3、灌浆混凝土注入管；4、FRP布；5、粘结剂；6、半圆环；7、凹槽；8、模板内置隔板；9、支撑架；10、橡胶垫；11、清理安装框架；12、移动打磨组件；13、移动夹持组件；1201、第一电机；1202、第一齿轮；1203、丝杆；1204、第二齿轮；1205、移动架；1206、滑轨；1207、第二电机；1208、第三齿轮；1209、移动块；12010、螺纹孔；12011、打磨弧板；12012、清理弧板；12013、弧形滑板；12014、齿条；1301、移动孔；1302、夹持弧板；1303、移动杆；1304、连接盘；1305、弹簧。 具体实施方式[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0041] 实施例一 [0042] 参见图1～图4，一种钢筋混凝土桥墩的FRP约束UHPC模壳预制装配式快速修复方法，包括桥墩1、UHPC壳体2、灌浆混凝土注入管3、FRP布4、粘结剂5、半圆环6和凹槽7，桥墩1的一侧外壁上安装有UHPC壳体2，UHPC壳体2的一侧缠绕连接有FRP布4，FRP布4与UHPC壳体2的之间涂有粘结剂5，UHPC壳体2的一侧对称安装有半圆环6，半圆环6的顶端开设有凹槽7，凹槽7的一侧安装有灌浆混凝土注入管3；由于UHPC的超高强度，使得其相较于普通混凝土的加固方式，在相同加固效果下，混凝土的使用量得到减少，从而保证建筑的使用空间，减轻结构荷载；而且与UHPC壳体2上下端齐平，增大了加固区域的横向约束，提高桥墩1的承载力； [0043] UHPC壳体2的直径略大于桥墩1的外接圆，且高度等于桥墩1底部塑性铰的高度；由工厂预制，相比于现浇方式加固，能够在保证加固强度的基础上，简化施工工艺，缩短施工作业时间，节省模板，降低成本； [0044] UHPC壳体2采用离心法制备，离心法采用的模板内置隔板8；制备方式简单，截面厚度均匀，壳体表面光滑，而且隔板高度高于UHPC壳体2的厚度，使得离心法一次性制备出两个半圆环UHPC壳体2； [0045] 粘结剂5为环氧树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂或脲醛树脂粘结剂；具有很好的粘结性能，使FRP布4与UHPC壳体2有很好的连接，充分发挥FRP布4的环向约束作用，此外，粘结剂5具有很好的耐久性能，可延长整体寿命，降低维护成本； [0046] 该发明包括如下步骤： [0047] S1、切割UHPC壳体2：测量桥墩1尺寸并按照尺寸切割预制的UHPC壳体2； [0048] S2、清理桥墩1：将桥墩1的表面充分凿毛，若有酥松的混凝土则需要剔除并露出钢筋，并对桥墩1的表面进行湿润； [0049] S3、布置UHPC壳体2：测量桥墩1的大小并将合适尺寸的UHPC壳体2运至施工现场并拼接，需确保壳体与桥墩1的最小间距大于60mm；在S3中，当桥墩1高度较高，在全高加固时，UHPC壳体2的一侧外壁上安装有支撑架9，支撑架9的底部设置橡胶垫10，且支撑架9与UHPC壳体2的接触处设置有橡胶垫10 [0050] S4、清理UHPC壳体2表面：用混凝土角磨机、砂轮等工具，去除UHPC壳体2表面的油污等杂质，并确保UHPC壳体2表面平整； [0051] S5、涂抹底胶并找平：搅拌粘结剂5至色泽均匀，用滚桶刷或毛刷将粘结剂5均匀涂抹于UHPC壳体2表面，并确保无漏刷或有流淌、气泡，等待至指触干燥，将不平整部位用刮刀与粘结剂5修补填平； [0052] S6、粘贴FRP布：裁剪FRP布4，再次将粘结剂5均匀涂刷于粘贴部位，将FPR布4用手轻压贴于需粘贴的位置并确保FRP布4沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，自下而上粘贴FRP布，采用专用的滚子顺纤维方向多次滚压并挤除气泡,至UHPC壳体2稳固后撤除支撑架9，在FRP布的外表面涂抹一粘结剂5并等待干燥； [0053] S7、灌浆：进行柱底塑性铰加固时，通过灌浆混凝土注入管3将灌浆混凝土沿UHPC壳体2与桥墩1间隙的上端灌入，连续浇筑至混凝土从UHPC壳体2上缘溢出，并在适当的温度与湿度下进行养护；在S7中，还可以进行全高加固，将混凝土灌注口卡入凹槽7中，连续浇筑至从出另一端凹槽7溢出并填满UHPC壳体2上端与楼盖的缝隙，并在适当的温度与湿度下进行养护；对于表面混凝土未脱落的桥墩1，可省略S7，而选用内径与桥墩1直径相同的UHPC壳体2，直接采用粘结剂5粘合UHPC壳体2与桥墩1。 [0054] 实施例二 [0055] 参见图5～图8，在S4中，砂轮包括清理安装框架11、移动打磨组件12和移动夹持组件13，清理安装框架11上安装有移动打磨组件12，清理安装框架11上安装有移动夹持组件13； [0056] 移动打磨组件12包括第一电机1201、第一齿轮1202、丝杆1203、第二齿轮1204、移动架1205、滑轨1206、第二电机1207、第三齿轮1208、移动块1209、螺纹孔12010、打磨弧板12011、清理弧板12012、弧形滑板12013和齿条12014，清理安装框架11内安装有移动架 1205，移动架1205的顶端安装有打磨弧板12011，移动架1205的顶端安装有清理弧板12012，打磨弧板12011与清理弧板12012的底端均焊接有弧形滑板12013，移动架1205的顶端对应弧形滑板12013位置焊接有滑轨1206，打磨弧板12011与清理弧板12012的底端均焊接有齿条12014，两个齿条12014的一侧啮合安装有第三齿轮1208，移动架1205的一侧镶嵌安装有第二电机1207，且第二电机1207的输出轴顶端固接于第三齿轮1208的外壁上，移动架1205的底端对称焊接有移动块1209，清理安装框架11的两侧内壁上对称转动连接有丝杆1203，移动块1209的一侧对应丝杆1203位置开设有螺纹孔12010，丝杆1203的一侧固定连接有第二齿轮1204，两个第二齿轮1204的一侧外壁上啮合安装有第一齿轮1202，清理安装框架11的一侧内壁上镶嵌安装有第一电机1201，且第一电机1201的输出轴一端固接于第一齿轮 1202的外壁上。 [0057] 工作原理：当需要对半圆环6进行打磨时，启动第二电机1207使第三齿轮1208进行往复转动，在齿条12014的作用下，使打磨弧板12011与清理弧板12012上的弧形滑板12013沿着移动架1205上的滑轨1206进行往复滑动，通过打磨弧板12011对半圆环6的凸起进行打磨，然后通过清理弧板12012对打磨后的灰尘进行清理，然后启动第一电机1201使第一齿轮1202进行转动，然后在第二齿轮1204的作用下，使螺纹相反的丝杆1203进行反向转动，然后在螺纹孔12010的作用下，使移动架1205上的移动块1209在清理安装框架11上进行移动，从而使半圆环6进行全面打磨和清理，可以对UHPC壳体2进行自动打磨，并且对UHPC壳体2进行灰尘清理，提高了结构的打磨效果。 [0058] 实施例三 [0059] 参见图5，移动夹持组件13包括移动孔1301、夹持弧板1302、移动杆1303、连接盘1304和弹簧1305，清理安装框架11的顶端对称安装有夹持弧板1302，夹持弧板1302的一侧对称焊接有移动杆1303，清理安装框架11的两侧对应移动杆1303位置分布开设有移动孔 1301，移动杆1303的另一端固定连接有连接盘1304，两个连接盘1304的一侧固定连接有弹簧1305。 [0060] 首先将夹持弧板1302上的移动杆1303沿着移动孔1301进行移动，使两个夹持弧板1302进行相互远离，然后将半圆环6放置到夹持弧板1302上，此时松开夹持弧板1302，在连接盘1304上的弹簧1305作用下，使夹持弧板1302上的移动杆1303沿着移动孔1301进行复位，当半圆环6需要位置微调时，推动一侧的夹持弧板1302，使移动杆1303沿着移动孔1301进行移动，使半圆环6位置进行整体调节，可以对UHPC壳体2进行夹持固定，还可以对UHPC壳体2进行位置微调，方便结构进行打磨。 [0061] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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