CN106436588B - 一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置，所述加固装置为四块异形中空铝合金板围成一个矩形结构，套在所述混凝土墩/柱外，相邻两块异形中空铝合金板之间焊接或螺栓连接；矩形结构内壁与所述混凝土墩/柱外壁之间灌注结构胶，矩形结构与所述混凝土墩/柱通过螺栓紧固。本发明的加固装置结构形式多样化，具有良好的抗腐蚀性和耐久性，轻质高强，重量轻，便于制作、加工、运输和安装，施工简单，成本低。

Description

一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置及其施工方法
技术领域
本发明属于桥梁结构技术领域，特别涉及一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置及其施工方法。
背景技术
混凝土以其优越的承压、防火、丰富的材料来源以及经济的性价比等优点成为当今应用最广泛的建筑材料,但在实际工程中,常常因为设计不周、施工质量差、施工现场管理不善等原因,导致钢筋混土墩/柱承载力不足,引起承载力不足的原因还有火灾使钢筋混凝土柱的混凝土及钢筋强度降低,或者由于改变结构的使用功能而使柱承受的荷载增加等等。当出现这些情况时,需对钢筋混凝土柱进行加固。钢筋混凝土墩/柱的加固方式有很多,而常用的传统加固方式有外包混凝土加固法和外包钢管加固法。
外包混凝土加固法，在墩、柱周围浇筑一定厚度的混凝土，将墩、柱包裹起来，形成整体受力，存在缺点或问题：对墩、柱的承载能力提高有限；不能充分发挥混凝土的抗压优势；外包混凝土存在耐久性问题，尤其是沿海地区；新旧混凝土的连接难以保证；加固后，不方便墩、柱使用寿命周期内的二次维护。
外包钢管加固法，在墩、柱周围浇筑一定厚度的混凝土，并在混凝土外边外包钢管，形成整体进行受力，存在缺点或问题：外包钢管存在耐久性问题，后期需要较多的费用进行防腐维护，尤其是沿海地区；加固后，不方便墩、柱使用寿命周期内的二次维护；结构形式单一，承载力提高有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构形式多样化，具有良好的抗腐蚀性和耐久性，轻质高强，重量轻，便于制作、加工、运输和安装，施工简单，成本低的基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置及其施工方法。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置，所述加固装置为四块异形中空铝合金板围成一个矩形结构，套在所述混凝土墩/柱外，相邻两块异形中空铝合金板之间焊接或螺栓连接；矩形结构内壁与所述混凝土墩/柱外壁之间灌注结构胶，矩形结构与所述混凝土墩/柱通过螺栓紧固。
所述异形中空铝合金板，其截面形状为异形，异形中空铝合金板中充填混凝土。
所述的一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置的施工方法，步骤如下：
①混凝土墩/柱加固区表面处理：
凿除混凝土墩/柱加固区的表层砂浆，形成平整的粗糙面并清理干净，再用甲苯或工业丙酮擦拭加固区表面；
②钻孔：在混凝土墩/柱上钻孔并植埋螺栓；
③安装加固装置：
根据设计要求加工所述异形中空铝合金板，将异形中空铝合金板的粘贴面进行除锈和粗糙处理并清理干净；在异形中空铝合金板上配套打孔后安装到步骤②混凝土墩/柱植埋的螺栓上；安装四块上述异形中空铝合金板将所述混凝土墩/柱包围起来后，四块异形中空铝合金板之间焊接或用螺栓连接起来；异形中空铝合金板的粘贴面与混凝土墩/柱外表面之间留有1～3mm的间隙；
④封边：在步骤③安装好的加固装置上钻注胶孔；在加固装置的铝合金板顶缘***排气管，用封闭胶封闭加固装置的铝合金板四周边缘；
⑤配制结构胶；
⑥灌注结构胶：将步骤⑤配制好的结构胶通过步骤④的注胶孔灌注到异形中空铝合金板的粘贴面与混凝土墩/柱外表面之间的间隙中，直至排气管有胶液流出；
⑦灌注混凝土
对采用异形中空铝合金板的加固装置并需要灌注混凝土的，将混凝土从下而上灌注进加固装置的异形中空铝合金板中，保证无空隙、无空洞。
所述步骤①中凿除混凝土墩/柱加固区2～5mm厚的表层砂浆。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用异形中空铝合金板组成混凝土墩/柱的加固装置，使混凝土墩/柱截面形状多样化，能实现不同的加固效果；
(2)本发明加固装置采用铝合金板，具有良好的抗腐蚀性和耐久性，尤其适合沿海地区的混凝土墩、柱等，可以节约大量的后期防腐维护费用；
(3)本发明采用异形中空铝合金板组成混凝土墩/柱的加固装置，铝合金中充填混凝土，二者相互结合，能够各自发挥自己的优势，实现优势互补；
(4)本发明加固装置采用铝合金板，密度为钢材密度的1/3，轻质高强，重量轻，便于制作、加工、运输和安装。
附图说明
图1至图5是本发明不同截面形状的加固装置安装到混凝土桥墩上的截面示意图，图中，
1：加固装置；2、螺栓；3：混凝土桥墩；4：混凝土。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作详细说明，但不构成对本发明权
利要求保护范围的限制。
实施例1：
如图1所示，一种基于铝合金的混凝土桥墩加固装置，为四块异形中空铝合金板围成一个矩形结构，套在所述混凝土墩3外，相邻两块异形中空铝合金板之间焊接或螺栓连接；矩形结构内壁与所述混凝土墩3外壁之间灌注结构胶，矩形结构与所述混凝土墩3通过螺栓2紧固。
如图1至图5所示，异形中空铝合金板的截面形状为不同的异形，以实现不同的加固混凝土桥墩的结构形式，获得不同的加固效果。
施工方法如下：
①混凝土表面处理
在需加固混凝土桥墩的表面放出加固位置大样，凿除加固区混凝土表面2～5mm厚的表层砂浆，使混凝土外露，并形成平整的粗糙面，表面不平处应用尖凿轻凿整平。再用钢丝轮清除表面浮浆，剔除表层疏松物，最后用压缩空气吹净表面粉尘，并用甲苯或工业丙酮擦拭加固区表面。对较大面积的劣质层，剔除后用聚合物水泥砂浆修复平整，加固前用丙酮擦洗干净。
②钻孔
准备：检查混凝土桥墩表面是否完好，用钢筋探仪探测查明钢筋分布，核对标记锚栓部位；
钻孔：在根据螺栓直径按照技术参数表中资料要求，根据直径对应深度在混凝土桥墩上打孔，检查孔径及孔深满足设计要求；
清孔：利用压缩空气清孔，用毛刷刷三遍，吹三遍，确保孔壁无尘。必要时可用干净棉布沾少量丙酮或酒精擦净孔壁。
确认锚固包无外观破损、药剂凝固等异常现象，将其放入孔并推至孔底。
使用电锤或电钻及专用安装夹具，将螺栓强力旋转***直至孔底，以达到击碎玻璃管并强力混合锚固药剂的目的。电锤或电钻的转速应调至慢速档，且不应采用冲击方式。
当旋至孔底或螺栓上标志位置时，立刻停止旋转，取下安装夹具，凝胶后至完全固化前避免扰动。超时旋转将导致胶液流失，影响锚固力。
外观检查固化是否正常。重要部位的螺栓需进行现场抗拔试验，检验其锚固力是否满足设计要求，合格后方可进行下一道工序的施工。
③安装加固装置
依据现场混凝土桥墩的实际放样进行所述加固装置的异形中空铝合金板下料和加工，并依据现场植埋的螺栓，对所述异形中空铝合金板进行配套打孔，然后将所述异形中空铝合金板的粘贴面用磨光砂轮机或钢丝刷磨机进行除锈和粗糙处理，打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与加固装置受力方向垂直。用脱脂棉沾丙酮将加固装置表面擦拭干净。将四块异形中空铝合金板分别固定到步骤②植埋的螺栓上将混凝土桥墩包起来，四块异形中空铝合金板之间焊接，保证异形中空铝合金板的粘贴面与混凝土桥墩外表面的间隙为1～3mm，以确保灌注胶层的厚度。
④封边
在加固装置上钻注胶孔；将注入座粘结在加固装置的注胶孔孔上，在加固装置的铝合金板顶缘***排气管，排气管出口应高于该灌注段的加固装置位置；在螺栓头上涂抹封闭胶并罩上盖碗，然后用封边胶封闭加固装置的铝合金板边缘，完成封边。
⑤结构胶配制
按要求配制结构胶，将结构胶用低速搅拌器，搅拌均匀，在适用期内用完。结构胶应在封边完成，且加固装置封边胶达到完全固化有足够的强度后再进行配制和使用。
⑥灌注
用泵将步骤⑤配制好的结构胶从步骤④的注胶孔灌注到异形中空铝合金板的粘贴面与混凝土桥墩外表面的间隙中，直到所有排气管均有胶液流出。在灌注过程中，用橡皮锤敲打异形中空铝合金板以确认是否灌注密实。要求灌浆之前先通气试压，以0.2～0.4MPa的压力将结构胶从注入座压入，当排气管出现浆液后停止加压，以封边胶堵孔，再以较低压力维持10分钟以上，直至浆液从最上方注胶孔或排气管流出。
⑦灌注混凝土
如图3至图5所示，对需要灌注混凝土的加固装置灌注混凝土，混凝土的灌注采用从下而上的方法，保证无空隙，无空洞。
加固效果：
1、对如图4所示的加固装置进行受力分析，采用10m高双孔薄壁墩小算例进行加固效果评估，利用ANSYS有限元软件建立结构有限元模型。
(1)材料特性
原桥墩结构混凝土采用C30，密度2500kg/m3，泊松比0.3，弹性模量30GPa；
铝合金内灌注混凝土采用C50，密度2500kg/m3，泊松比0.3，弹性模量34.5GPa；
铝合金为6061-T6，厚度为1cm，密度2710kg/m3，泊松比0.3，弹性模量72GPa。
(2)约束方式
桥墩底部采用固定端的形式进行约束。
(3)荷载
结构自重，重力加速度9.8m/s2；
桥墩所受竖向荷载为1000KN。
(4)模型截面形状：如图4所示。
2计算结果
加固前后自振特性对比结果见表1，由表1可以看出，加固后T梁的自振频率得到了不同程度的提高，即墩柱的刚度得到了提高。
表1 加固前后自振特性计算结果对比
加固前后挠度对比：
由于墩柱的主要作用是承受竖向荷载，在自重荷载和1000KN竖向荷载共同作用下，进行静力分析，结果见表2。
表2 加固前后挠度计算结果对比
加固前后应力对比：
由于墩柱的主要作用是承受竖向荷载，在自重荷载和1000KN竖向荷载共同作用下，进行静力分析，结果见表3。
表3 加固前后应力计算结果对比

Claims (1)

1.一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置，其特征在于：所述加固装置为四块异形中空铝合金板围成一个矩形结构，套在所述混凝土墩/柱外，相邻两块异形中空铝合金板之间焊接或螺栓连接；矩形结构内壁与所述混凝土墩/柱外壁之间灌注结构胶，矩形结构与所述混凝土墩/柱通过螺栓紧固；所述异形中空铝合金板，其截面形状为异形，异形中空铝合金板中充填混凝土；
所述的一种基于铝合金的混凝土墩/柱加固装置的施工方法，步骤如下：
①混凝土墩/柱加固区表面处理：
凿除混凝土墩/柱加固区的表层砂浆，形成平整的粗糙面并清理干净，再用甲苯或工业丙酮擦拭加固区表面；
②钻孔：在混凝土墩/柱上钻孔并植埋螺栓；
③安装加固装置：
根据设计要求加工所述异形中空铝合金板，将异形中空铝合金板的粘贴面进行除锈和粗糙处理并清理干净；在异形中空铝合金板上配套打孔后安装到步骤②混凝土墩/柱植埋的螺栓上；安装四块上述异形中空铝合金板将所述混凝土墩/柱包围起来后，四块异形中空铝合金板之间焊接或用螺栓连接起来；异形中空铝合金板的粘贴面与混凝土墩/柱外表面之间留有1～3mm的间隙；
④封边：在步骤③安装好的加固装置上钻注胶孔；在加固装置的铝合金板顶缘***排气管，用封闭胶封闭加固装置的铝合金板四周边缘；
⑤配制结构胶；
⑥灌注结构胶：将步骤⑤配制好的结构胶通过步骤④的注胶孔灌注到异形中空铝合金板的粘贴面与混凝土墩/柱外表面之间的间隙中，直至排气管有胶液流出；
⑦灌注混凝土
对采用异形中空铝合金板的加固装置并需要灌注混凝土的，将混凝土从下而上灌注进加固装置的异形中空铝合金板中，保证无空隙、无空洞。
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