CN113235462B - 一种加固石拱桥的方法、加固装置 - Google Patents

Abstract

本公开属于古建筑保护的施工技术领域，公开一种加固古代石拱桥的方法、加固装置，具体步骤为：压浆治理；填料卸载；表面处理；底胶涂刷；混杂纤维布粘贴；填料回填和桥面恢复。本发明对原拱桥干预较小；施工简便；减轻结构自重；加固后结构强度大，韧性高，力学性能好。

Description

一种加固石拱桥的方法、加固装置

技术领域

本发明属于古建筑保护的施工技术领域，尤其涉及一种混杂纤维布加固古代石拱桥的方法、加固装置。

背景技术

石拱桥的拱券是它的主要承重结构，拱券构件的开裂、脱落等对整个桥梁的安全性和稳定性起到至关重要的作用。目前，对于石拱桥拱券的加固常采用钢板粘贴加固法、钢筋混凝土增大拱券截面加固法等。这些办法虽对提升力学性能有显著效果，但都会对原先的拱券结构造成较大干预，而且是不可逆的，对石拱桥文物建筑的加固并不适用。

在一些场合下，采用新型材料加固的方法，纤维材料加固方法相比于之前的常规加固方法，对原建筑的干预较小且可逆，更适用于古建筑的加固工作；然而，碳纤维虽然强度很大，但材质较脆，更适用于承受静荷载。现有的碳混杂纤维布通常为单一的碳纤维制品，不耐冲击，对于道路桥梁等动荷载加固领域，在受力上仍有较大弱点，有很大改进的空间。

发明内容

第一方面，针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种加固石拱桥的方法，利用碳纤维和芳纶纤维、玻璃纤维三维混织布对古代石拱桥的拱券进行加固，并用聚己内酯二醇PCL改性的环氧树脂作为粘结材料，提升了加固效果，延长了建筑的使用寿命。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种加固石拱桥的方法，包括拱券加固，拱券加固包括在拱券背部粘贴有多层的混杂纤维布；

混杂纤维布以碳纤维为轴纱，芳纶纤维和玻璃纤维为编织纱进行三维编制形成。

在一些实施例中，所述混杂纤维布相互间、以及混杂纤维布与拱券的石材表面的粘胶材料为改性的环氧树脂。

在一些实施例中，所述改性的环氧树脂的改性剂为聚己内酯二醇PCL。

在一些实施例中，针对于拱券的石材表面均匀涂抹有重量为a的改性的环氧树脂；

所述混杂纤维布相互间，处于内部的混杂纤维布的背面采用在纤维轴纱45°与135°方向分别涂抹重量为a/2的改性的环氧树脂。

在一些实施例中，所述改性的环氧树脂重量a(kg)为(0.3～0.5*构件涂刷面积(㎡))。

在一些实施例中，每跨拱券的1/4部分，分别粘贴一层附加混杂纤维布。

在一些实施例中，所述附加混杂纤维布长度1m。

在一些实施例中，包括桥身内腹料回填，进行分层夯实，回填时适量掺水，达到最优含水率(10％～15％)，夯实系数不小于0.94。

在一些实施例中，所述混杂纤维布需纵向搭接时，搭接长度不小于15cm。

第二方面，针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种加固石拱桥的加固装置，利用碳纤维和芳纶纤维、玻璃纤维三维混织布对古代石拱桥的拱券进行加固，并用聚己内酯二醇PCL改性的环氧树脂作为粘结材料，提升了加固效果，延长了建筑的使用寿命。

一种加固石拱桥的加固装置，所述加固装置的加固方法包括第一方面的方法。

本公开的有益效果：

1、对原拱桥干预较小；由于不需要在桥拱上外加钢筋混凝土加固层或钢板加固层，不需要植筋或化学锚栓，而仅在拱背粘贴混杂纤维布，因而对原拱券的干预较小，对拱券厚度几乎没有改变，对拱券的外观也没有影响；

2、施工简便；其他的加固方法涉及到与原来结构的锚固连接等，而混杂纤维布的加固只需要用胶粘贴，相对施工简便易操作；

3、减轻结构自重；纤维材料的密度较轻，且比强度较高，因此，与外加钢筋混凝土加固层或钢板加固层等方式相比，粘贴混杂纤维布加固是现有加固方式中自重最轻的方法之一；

4、混杂纤维布的强度大，韧性高，力学性能好；碳纤维复合材料具有高比模量、高拉伸强度等优点，但是其断裂伸长率低，韧性和抗冲击性能较差，碳纤维和断裂伸长率较高的芳纶纤维以及玻璃纤维混杂后，可以改善碳纤维的抗冲击性能，减轻混杂纤维布的自重，也能减轻成本。另一方面，这种三维编织方法通过把韧性高的纤维与加固构件直接接触，减小与异物接触断裂的风险，而让脆性大的碳纤维远离构件表面，充分发挥它的强度。

5、粘结材料的性能也大大提高；环氧树脂虽然强度高、稳定性好，但因交联密度高，固化后残余的内应力大，使得固化产物脆性大、柔韧性差，而分子量在几千以下的聚己内酯二醇PCL主要有作为聚氨酯合成原理的软段原材料，作为低聚物和变性剂，可提高韧性、低温特性、反应性等机能性。在树脂改性方面，可以用来改善树脂的柔韧性、流动性、低温耐冲击性、成型性等。可以有效地改善环氧树脂的柔韧性。根据树脂浇注体GB/T 2567-2008冲击韧性测试标准测试固化后的树脂浇注体的冲击韧性表明，当聚己内酯二醇/环氧树脂质量比为90/100的时候，冲击韧性(KJ/m²)最高，可达加增韧剂之前的60倍左右。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为碳纤维和芳纶纤维、玻璃纤维三维混织布结构示意图

图2为本发明混杂纤维布加固拱桥的剖面示意图

图中有：桥面铺装层1，填料2，混杂纤维布3，碳纤维31，芳纶纤维33，玻璃纤维32，改性的环氧树脂4，铺地5，三七灰土垫层6。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

如图1和图2所示，一种加固石拱桥的方法，包括以下步骤：

(1)压浆治理：为提高拱桥的整体受力性能，高压灌注水硬性石灰处理已有的裂缝和缺陷。压浆前应清理压浆部位如灰缝内的杂草和植被，再埋设注浆管和排气管并密封。需做试验确定灰浆配合比、压力参数等。

(2)填料卸载：为确保施工安全，应先对基础进行加固，再从每孔的两侧对称向中间编号拆解桥面铺装层1如桥面石板、望柱、栏板、地栿等，然后再卸载填料2。

(3)拱券加固：首先应将脱落的拱券石补齐归位、更换风化特别严重的石料，再在拱券背部粘贴混杂纤维布3加强拱券的整体结构性能以及限制拱券的变形。粘贴混杂纤维布的施工工艺主要分为6个部分。

(3.1)表面处理：用手提沙轮机除去石材表面层(如风化物、填土、污物和浮浆浮块等)，打磨至石材表面裸露；打磨完后用高压气枪清除粉尘及其他松动物质，确保其表面平整无灰尘，充分干燥。

(3.2)贴合面整平：用灰刀将掺10％云石胶的石粉胶泥抹在不平整的石材表面，消除所有不平整处和缝隙。

(3.3)底胶涂刷：在聚己内酯二醇PCL改性的环氧树脂树脂4的有效操作时间内，用滚动毛刷将其均匀涂在拱券的石材表面，保证拱券的石材所有部位均有底胶，待干燥后，进入下一步工序。所用的改性环氧树脂制备工艺如下：取一定量的增韧剂聚己内酯二醇PCL与环氧树脂E51混合后充分搅拌均匀，放置50℃烘箱中静置10min，随后将一定量的高温固化剂甲基四氢苯酐混入充分搅拌均匀，再将混合均匀后的树脂在除泡机中进行除泡后使用；

(3.4)混杂纤维布3粘贴：按设计要求，预先制备并裁剪好1平方米的三维的混杂纤维布3，分好纵横向。该纤维混织布以碳纤维31为轴纱，玻璃纤维32和芳纶纤维33为编织纱，螺旋交错缠绕至碳纤维上。若混杂纤维布需纵向搭接时，确保搭接长度不小于15cm，以确保连接处的强度足够，具体是搭接长度设为15cm保证了搭接面不会因为应力集中效应产生脱胶问题；15cmm以上的搭接面使得接头位置交错，提高了加固效果。

在改性环氧树脂的有效操作时间内，用滚筒毛刷将0.5kg的浸渍改性的环氧树脂沿着碳纤维轴纱方向涂在石材表面上并用橡胶刮板均匀抹平；将混杂纤维布铺到涂有浸渍改性的环氧树脂的石材表面上，并沿纤维方向用刮刀或脱泡滚筒刮平，去除气泡，待整段混杂纤维布与石材表面完全贴合后，再用脱泡滚筒反复碾压，确保气泡完全排除、浸渍改性的环氧树脂充分浸透纤维丝。然后在纤维轴纱45°与135°方向分别涂抹重量为0.25kg的树脂4，并用脱泡滚筒反复碾压。

纤维布刷胶的方向一般为纤维的受力方向，如果错位刷胶会使得纤维的方向有些许改变，从而偏离设计的受力方向。而三向编织混杂布具有一定的特殊性，除了轴纱外，还有两个不同方向的编制纱，因此选用45°和135°两个方向可以从概率上保证对受力方向的最小干预。

(3.5)第二层浸渍改性的环氧树脂涂刷：混杂纤维布浸透刮平后，应再涂刷一层浸渍改性的环氧树脂，并用橡胶刮板、脱泡滚筒重复上一步骤，保证混杂纤维布完全浸透。

(3.6)重复3.4)和3.5)工序粘贴下一层混杂纤维布，直至达到设计的强度要求。在每跨拱券的1/4部分，分别粘贴一层附加混杂纤维布，提高此处拱背抗开裂的能力。

(4)填料回填和桥面恢复：桥身内填料回填，进行分层夯实，回填时适量掺水，确保达到最优含水率(10％～15％)，夯实系数不小于0.94，以确保桥身填料强度。在桥面上恢复原样铺地5，下做三七灰土垫层6。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。

Claims (1)

1.一种加固石拱桥的方法，包括拱券加固，其特征在于，所述拱券加固包括在拱券背部粘贴有多层的混杂纤维布，在每跨拱券的1/4部分，分别粘贴一层附加混杂纤维布；

所述混杂纤维布以碳纤维为轴纱，芳纶纤维和玻璃纤维为编织纱进行三维编制形成；

所述混杂纤维布相互间、以及混杂纤维布与拱券的石材表面的粘胶材料为聚己内酯二醇PCL改性的环氧树脂；

针对于拱券的石材表面均匀涂抹有重量为a的改性的环氧树脂；

所述混杂纤维布相互间，处于内部的混杂纤维布的背面采用在纤维轴纱45°与135°方向分别涂抹重量为a/2的改性的环氧树脂；

所述改性的环氧树脂重量a(kg)为（0.3~0.5*构件涂刷面积(㎡)）；

所述附加混杂纤维布长度1m；

所述混杂纤维布需纵向搭接时，搭接长度不小于15cm；

桥身内腹料回填，进行分层夯实，回填时适量掺水，达到最优含水率（10%～15%），夯实系数不小于0.94。

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