CN208058154U - 一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，该装置包括若干辐条支撑的轮框圈和安装在轮框圈外侧环面的充气胎；轮框圈由若干弧形轮框段拼接而成；轮框圈的外侧环面具有凹槽形轮辋；轮辋的两侧具有朝向充气胎伸出的固定卡；轮辋的上还安装有织网罩，织网罩的上具有与固定卡配合的胎唇，充气胎布置在织网罩内。本实用新型能够有效提高或加强普通混凝土管、预应力钢筒混凝土管（PCCP管）、环向管状结构（砌体、复合材料体）、多边形空腔结构承载内部水压、气压、外部负压的能力，提高结构整体性、耐久性等作用，充分利用碳纤维等高强材料的受拉力学性能，系统的发明开创了管内预应力的方法，装置的发明实现了方法的运用。

Description

一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置

技术领域

本实用新型涉及一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，属于环向预应力技术领域，如普通混凝土管管内加固、PCCP管管内加固、钢管管内加固、玻璃钢管管内加固、室内为环形的建筑、环形水池内壁等，目前在PCCP管管内加固，更能发挥高强材料、高强结构胶的性能，并解决非开挖式管内加固。

背景技术

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。

大口径PCCP管道作为南水北调重要的输水建筑物，由于设计、施工和运行环境条件等影响，难以避免出现各类裂缝、钢丝腐蚀或断丝等劣化现象，甚至出现爆管。利比亚非洲人工河PCCP管2011年已经发现钢丝断裂35000根；美国自来水协会研究基金会统计表明，PCCP灾难性破裂和泄漏发生的年限平均为13.95年；严重劣化或结构弱化、服务能力减少致被迫暂停服务、完全或部分替代的失效平均年限为16.75年；国内新疆、宁夏等地的PCCP管道也曾出现爆裂事故，如宁夏2010年9月5日宁东供水工程爆管事件造成了21天的停水事故。

输水工程是城市生活的大动脉，在国民经济发展中发挥着重要作用，PCCP输水管道一旦发生爆管事故，往往经济损失严重、社会影响恶劣。我国正式将PCCP管应用于工程中始于上世纪90年代，2005年12月南水北调输水工程北京段拉开了大直径PCCP在我国应用的序幕，PCCP管道因其优良的特性而在国内大型输水工程中应用越来越广泛，然而随着PCCP的逐步推广，许多PCCP管道已开始接近或达到破坏年限。近年检测也表明，国内大量PCCP管道已经出现钢丝断裂，且出现断丝数量逐年增长的趋势。断丝现象的发生对正常使用极限状态影响较大，发生爆裂停水事故的概率大大上升，尤其当断丝范围较大时，在预应力、管体自重、土压力及流体自重等综合作用下，失去承载能力无法继续承担设计内水压力，在内水压力作用下极易发生爆管事故。因此，如何对PCCP管道进行切实有效的修补加固，是当下面临的一个非常重要且极为紧迫的课题。

现有的修复方法主要有管外加固法、换管法、管内常规加固方法等。

管外加固法的缺点是需要开挖大量的土方，虽然在管外粘贴碳纤维布可以有效地提供环向约束并且精准地针对断丝的位置进行加固，但是造价较高而且工程量较大，不适宜在工程实践中大规模推广。

换管法是通过探伤找到损坏管道所在的位置，然后先挖去上部土层，再将损坏的管道移去，换上新的PCCP管。这种方法造成的影响较大，需要在停止输水的时候才能进行施工，管道的移除也有较大的施工难度。接缝处的处理也是一个亟待解决的施工难题。故此方法不能成为一个普遍适用的方法。

管内加固方法通常采用非预应力加固的方法，这种方法通常是采用直接粘贴碳纤维布的方法进行加固，由于碳纤维材料弹模与钢筋相似，抗拉强度约为钢材的7~10倍，高强度的发挥需要较大变形，内贴难以充分利用碳纤维材料的高强度特性。这种方法属于非主动受力，即只有在外界荷载的情况下才能发挥作用，并不能主动发挥碳纤维材料的作用，在一定程度上造成了碳纤维材料性能的浪费。

发明内容

本实用新型要解决技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种能够在管内对碳纤维等高强材料板施加环向预应力的加固装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种管内轮胎式气压加载环向预应力碳纤维板加固装置，用于为贴在所述管内壁的碳纤维板等高强材料加载预应力，包括：由若干辐条支撑的轮框圈和安装在所述轮框圈外侧环周面的充气胎；所述轮框圈由若干弧形轮框段拼接而成；所述轮框圈的外侧环面具有凹槽形轮辋；所述轮辋的两侧具有朝向所述充气胎伸出的固定卡；所述轮辋的上还安装有织网罩，所述织网罩的上具有与所述固定卡配合的胎唇，所述充气胎布置在所述织网罩内；当所述充气胎充气时，所述织网罩的外侧环面紧贴挤压所述碳纤维板；当所述充气胎放气时，所述织网罩的外侧环面脱离所述碳纤维板。

上述方案进一步的改进在于：所述轮框段两侧具有能够互相对插的齿。

上述方案进一步的改进在于：所述轮框圈的轴心具有轮毂；所述轮毂与一个设备平台连接；所述设备平台内设置有空气压缩机；所述空气压缩机与所述充气胎的充气口连接。

上述方案进一步的改进在于：所述设备平台上还具有为所述空气压缩机供电的发电机，所述设备平台底部还具有行走轮。

本实用新型提供的管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，采用碳纤维板等复合新材料替代传统的金属材料；并通过充气扩张的方式，对碳纤维板等复合高强材料施加预应力，以达到主动阻止混凝土开裂、平衡水压、气压，如修补或加强已损坏的PCCP管的目的；相较于现有的多种施工方式，本实用新型能够有效的恢复PCCP等结构的承载能力，降低施工量，减少施工时间。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型一个优选的实施例结构示意图。

图2是图1中轮框圈结构示意图。

图3是图2中轮框圈、充气胎和织网罩截面结构示意图。

图4是图3充气后结构示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的管内轮胎式气压加载环向预应力碳纤维板加固装置，如图1、图2和图3所示，包括：由3条辐条4支撑的轮框圈2和安装在轮框圈2外侧环面的充气胎6；轮框圈2的外侧环面具有凹槽形轮辋；轮辋的两侧具有朝向充气胎6伸出的固定卡7；轮辋的上还安装有织网罩3，织网罩3的上具有与固定卡7配合的胎唇8，充气胎6布置在织网罩3内，充气胎上还具有充气口；织网罩3的外侧环面能够支撑碳纤维板5。轮框圈2的轴心具有轮毂9；轮毂9与一个设备平台10连接；设备平台10内设置有空气压缩机；空气压缩机与充气胎的充气口连接。设备平台10上还具有为空气压缩机供电的发电机，设备平台10底部还具有行走轮。

为了便于运输和施工，轮框圈2由3段弧形轮框段拼接而成；轮框段两侧具有能够互相对插的齿。

施工时，首先将设备平台10、轮框段、充气胎6、碳纤维板5等材料运送至施工PCCP1内并组装；碳纤维板5呈环形；按照设计要求打磨PCCP粘接部位，直至露出混凝土表面；按照配比将粘接胶进行混合，搅拌均匀；在打磨好的预应力钢筒混凝土管内壁的粘接部位涂抹基底胶；将碳纤维板5套在充气胎6外，然后对的充气胎6进行充气，使充气胎6能够支撑碳纤维板5，然后将碳纤维板5表面擦拭干净，立即涂刷粘接胶，胶层呈凸起状，平均厚度要大于2mm；如果平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不应小于5mm。

然后对充气胎6继续充气，使其膨胀，如图3，这样，可以把碳纤维板5拉长并紧贴PCCP1，使得粘接胶从碳纤维板5两边挤出，保证内部密实无空洞；除去两边多余的粘接胶；碳纤维板5对PCCP1产生一个环向的拉力，通过胶粘接力来传递沿粘贴界面切向的力，实现对混凝土管道预加压应力；然后随着粘接胶凝固，碳纤维板5就被固定在PCCP1内表面，完成预应力加载；之后释放充气胎6，撤除设备平台10、轮框段、充气胎6等，到下一施工位置重复以上操作即可。

本实用新型不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本实用新型要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，用于为贴在所述管内壁的碳纤维板加载预应力，其特征在于，包括：由若干辐条支撑的轮框圈和安装在所述轮框圈外侧环周面的充气胎；所述轮框圈由若干弧形轮框段拼接而成；所述轮框圈的外侧环面具有凹槽形轮辋；所述轮辋的两侧具有朝向所述充气胎伸出的固定卡；所述轮辋的上还安装有织网罩，所述织网罩的上具有与所述固定卡配合的胎唇，所述充气胎布置在所述织网罩内；当所述充气胎充气时，所述织网罩的外侧环面紧贴挤压所述碳纤维板；当所述充气胎放气时，所述织网罩的外侧环面脱离所述碳纤维板。

2.根据权利要求1所述的管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，其特征在于：所述轮框段两侧具有能够互相对插的齿。

3.根据权利要求1所述的管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，其特征在于：所述轮框圈的轴心具有轮毂；所述轮毂与一个设备平台连接；所述设备平台内设置有空气压缩机；所述空气压缩机与所述充气胎的充气口连接。

4.根据权利要求3所述的管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置，其特征在于：所述设备平台上还具有为所述空气压缩机供电的发电机，所述设备平台底部还具有行走轮。