双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法制造技术

双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，是将钢筋混凝土圆柱的被加固段从上至下依次分为上加固段、轴向预应力顶升段和下加固段；在上加固段、下加固段分别安装环向预应力加固结构，对钢筋混凝土圆柱实施环向预应力加固；在轴向预应力顶升段，通过轴向预应力顶升装置对安装在上加固段、下加固段的环向预应力加固结构施加轴向预应力。本发明专利技术不破坏原有柱的结构、不影响其在线使用；所加轴向预应力和环向预应力可调，能确保原有结构和加固结构同步受力；柱内混凝土由脆性破坏转变为塑性破坏，加固后混凝土柱的强度、刚度、延性得到明显改善，耗能及抗震等性能优越。

【技术实现步骤摘要】
双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法
本专利技术公开了一种混凝土圆柱加固方法，特别是指一种双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，属于混凝土施工方法

技术介绍
钢筋混凝土结构是目前工程实践中应用最为广泛的结构形式。由于施工质量差、建筑物使用功能改变、结构超载、暴露于恶劣环境等原因，有许多钢筋混凝土结构要进行加固补强。钢筋混凝土柱的加固方法包括：增大截面加固法：又称为外包混凝土加固法,是采用增大构件或建筑物的截面和配筋,以提高其强度、刚度、稳定性和抗裂性来满足构件正常使用要求的一种加固形式。增大截面加固法有四周外包、单面加厚和双面加厚等加固形式。外包的混凝土常采用支模浇捣,目前也常采用喷射混凝土法。喷射混凝土法工艺简单,施工方便,特别适用于复杂形状柱的表面。增大截面法对混凝土柱加固施工时,原柱已存在一定的压缩变形,而且收缩和徐变已然存在,因此，新加部分的应力应变必然滞后于原柱的应力应变,导致新旧柱不能同时达到应力峰值，若外载应力超过旧有混凝土柱的强度，旧有混凝土就会开裂破坏，新加固的混凝土也会随之破坏，加固就会失败。在新旧混凝土的结合面粘结可靠的前提下,新旧混凝土的应变增量会基本一致，但对于轴心受压柱,新旧混凝土之间存在着明显的应力重分布，导致新混凝土的受力滞后。螺旋筋约束柱法：其做法是用钢筋连续缠绕在混凝土柱体上成螺旋状,然后用高强度等级细石混凝土填塞、灌满,密实柱与螺旋筋之间的空隙,并将螺旋筋表面抹平,再用一定厚度的水泥砂浆抹光作为保护层。采用螺旋筋约束柱法可以提高混凝土柱的强度等级,从而达到加固柱子的目的。此法与加大截面法无明显的差异，螺旋筋由于是后加的，其受力存在滞后现象。外包钢加固法：是指在混凝土(方)柱的四角或两面包型钢的一种加固方法，分为干式外包钢与湿式外包钢两种形式。干式外包钢即将型钢直接外包于原柱上或在柱体与型钢之间填塞有水泥砂浆但无法保证结合面剪力的有效传递。湿式外包钢则采用在型钢和原柱间保留一定的缝隙,并在其中浇灌乳胶水泥砂浆或环氧砂浆使两者粘结在一起的方法进行加固。现多采用湿式外包钢的方式进行钢筋混凝土柱的加固。使用湿式外包钢加固混凝土柱,除了其外包钢与加固的旧混凝土柱能整体受力共同工作提高柱承载力外,外包钢柱形成整体的紧箍,对原混凝土起到部分约束作用,提高原混凝土抗压强度,也可以提高柱的承载力。外包钢加固法可显著提高加固柱的承载力,但其对混凝土横向变形约束不够，导致旧有混凝土的变形过大。纤维增强聚合物加固法：用聚合物纤维布对钢筋混凝土柱进行横向包裹的一种加固方法。聚合物纤维布对混凝土的约束作用与箍筋的约束作用类似,可使其包裹的混凝土处于三向受压状态下。聚合物纤维布的约束作用是一种被动约束,随着混凝土轴向力的增长,横向膨胀使聚合物纤维布产生环向伸长,从而达到侧向约束混凝土的目的。加固柱的内核芯混凝土受到箍筋与外包聚合物纤维布的双重约束作用,在混凝土达到峰值应力时仍有较好的变形性能。横向包裹聚合物纤维布加固混凝土柱可较大地提高柱的延性,但由于聚合物纤维布是一种各项异性的材料,其纤维方向的强度与弹模远大于其垂直纤维方向的强度与弹模,故其对加固柱的极限承载力提高幅度不大。轴向预应力撑杆加固：预应力撑杆加固法就是在混凝土柱子的一侧或两侧用长于柱子的型钢对柱子施加预顶升力,从而对混凝土柱子进行加固的方法。轴向撑杆的架设分担了原有混凝土柱子的部分受力，使原有混凝土柱部分卸载，存在的问题是新旧两部分受力不同步，预应力撑杆过长或受力过大还要对其实施横向加固，以确保其横向稳定性。轴向预应力拉杆加固：预应力拉杆加固方法是主要针对大偏心受压混凝土柱,在受拉区设置拉杆,以提高混凝土柱承载能力的一种加固方法。该方法存在的明显不足是，预应力拉杆加大了混凝土柱受压部分的压力，外置拉杆与混凝土柱中原有受拉钢筋的受力不同步，有可能出现梯次破坏。横向预应力加固法：施加环向预应力在作者申请的“预压应力钢护筒并植筋扩大断面加固混凝土柱法”专利中已有提及，该专利技术与现有技术相比较，其突出优点为：不损坏原有混凝土柱的结构，不降低混凝土柱的承载力；对原有混凝土柱施加适当环向预应力，确保了原有结构和加固结构层受力同步，使原有混凝土的受力由两向应力状态变为三向受力状态；既提高了柱的强度又提高了混凝土柱的刚度，确保了二者的协同工作。但其缺陷也不少：①要实施加固的混凝土柱属于二次受力结构，加固前混凝土已处于受力状态，后加部分预应力半圆钢护筒的预应力只能在某一个受力状态下使混凝土柱内混凝土处于真的三向等压状态，即：预应力钢护筒包括原柱内的箍筋给混凝土的水平围压与原柱内混凝土的竖向分力相等，当荷载继续增加时这个平衡被打破；②两片半圆钢护筒与被加固柱的长度相等，钢护筒的制作加工、运输和现场安装存在困难；③两片半圆钢护筒通过法兰施加预应力，对混凝土承载力的提高能力有限，与原柱相比其承载力提高幅度105.6％，加固后混凝土柱承载力是原柱承载力的2.06倍；④在混凝土柱的上下端部没有实施加固，其水平向抗剪承载力没有得到提高，柱及所在的结构体系抗震性能没有得到显巨改善；⑤在混凝土柱的上下端部没有实施加固，该处的连接刚度将成为柱梁体系的薄弱环节；⑥在混凝土柱的上下端部没有实施加固，其抗剪承载力没有得到提高，柱及所在的结构体系的水平剪力分配没有发生变化，不利于结构体系整体抗侧移能力的提高。双向预应力加固法：现有技术中，双向预应力加固主要有以下方法：①采用轴向预应力撑杆对柱子实施轴向预应力加固。该法就是在混凝土柱子的一侧或两侧用长于柱子的型钢对柱子施加预顶升力,从而对混凝土柱子进行加固。轴向撑杆分担了原有混凝土柱子的部分受力，使原有混凝土柱部分卸载，存在的问题是新旧两部分受力不同步，预应力撑杆过长或受力过大还要对其实施横向加固，以确保其横向稳定性。②采用轴向预应力拉杆加固。该法是主要针对大偏心受压混凝土柱,在受拉区设置拉杆,以提高混凝土柱承载能力的一种加固方法。该方法存在的明显不足是，预应力拉杆加大了混凝土柱受压部分的压力，外置拉杆与混凝土柱中原有受拉钢筋的受力不同步，有可能出现梯次破坏。③采用低预应力钢带箍或钢绞线加固钢筋混凝土柱抗震等性能研究,低预应力钢带箍或钢绞线加固钢筋混凝土柱属横向预应力加固技术，钢板箍能有效的约束混凝土的变形，约束裂缝的产生和发展，柱的抗压性能和抗震性显著提高，但结合面处传力性能不佳会导致加固试件整体受力情况不良。矩形钢箍板在张拉过程中，角部存在一定的约束及摩擦力，张拉力在角部传递过程中，预应力损失在10％以上。总之，低预应力钢带箍加固能有效提高较高轴压比下高配箍率混凝土柱的抗震性能，可使混凝土处于三向受压状态，抑制斜裂缝的产生和发展，增强混凝土柱的抗变形能力。该加固法基本不会增大混凝土柱的初始刚度和截面尺寸，钢带箍能与箍筋共同工作，钢带箍应变高于箍筋应变，其发挥的约束作用更加直接有效。④为提高对柱的加固效果，有人开展了“双向预应力法加固高轴压比混凝土柱研究”。该研究将预应力撑杆法和预应力钢板箍结合起来加固“高轴压比柱”，结果表明：双向预应力法加固轴心受力构件，对构件起到明显的卸载加固作用，其承载力的提高效果明显；加固后滞回环饱满度较加固前好，加固后构件的塑性变形能力和滞回耗能性能有所改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，是将钢筋混凝土圆柱的被加固段从上至下依次分为上加固段、轴向预应力顶升段和下加固段；在上加固段、下加固段分别安装环向预应力加固结构，对钢筋混凝土圆柱实施环向预应力加固；在轴向预应力顶升段，通过轴向预应力顶升装置对安装在上加固段、下加固段的环向预应力加固结构施加轴向预应力。

【技术特征摘要】
1.双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，是将钢筋混凝土圆柱的被加固段从上至下依次分为上加固段、轴向预应力顶升段和下加固段；在上加固段、下加固段分别安装环向预应力加固结构，对钢筋混凝土圆柱实施环向预应力加固；在轴向预应力顶升段，通过轴向预应力顶升装置对安装在上加固段、下加固段的环向预应力加固结构施加轴向预应力。2.根据权利要求1所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，其特征在于：所述环向预应力加固结构由至少两瓣半圆形钢板构成，在所述半圆形钢板的四边均设置法兰，平行于半圆形钢板轴向的叫轴向法兰，垂直于半圆形钢板轴向的法兰叫环向法兰，通过半圆形钢板上的轴向法兰牵引、紧固半圆形钢板构成钢圆筒，对上加固段、下加固段实施环向预应力加固。3.根据权利要求2所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，其特征在于：构成环向预应力加固结构的半圆形钢板的数量为不包含1的奇数或偶数，取值范围为2-7。4.根据权利要求2所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，其特征在于：轴向预应力顶升装置由一组螺杆、旋装在每个螺杆上的两个螺母与设置在半圆形钢板环向法兰上的与每个螺杆相对应的一组通孔构成。5.根据权利要求4所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，其特征在于：螺杆插装在上加固段、下加固段的半圆形钢板相邻的环向发兰的通孔中，螺杆上旋装有两个螺母，两个螺母处于轴向预应力顶升段，按相反的方向旋转两个螺母，使一个螺母与上加固段的半圆形钢板的环向法兰接触，另一个螺母与下加固段的半圆形钢板的环向发兰接触，对由半圆形钢板组成的上、下两个钢圆筒施加轴向预应力。6.根据权利要求1-5任意一项所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，其特征在于：在施加好轴向预应力和环向预应力的上、下两个钢圆筒外表面浇筑钢筋混凝土保护层。7.根据权利要求6所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，其特征在于：钢筋混凝土保护层中，设有钢筋骨架，所述钢筋骨架由辐射钢筋与环形箍筋构成，辐射钢筋沿半圆形钢板径向设置，一端焊接在半圆形钢板表面，另一端焊接有环形箍筋。8.根据权利要求7所述的双向预应力半圆钢板在线无破损加固混凝土圆柱法，包括下述步骤：第一步：对被加固区域钢筋混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：任振华，曾宪桃，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43