基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构的制作方法

本发明属于工程结构加固技术领域，涉及一种基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构。

背景技术：

自20世纪50年代以来，钢筋混凝土结构以其坚固耐久、防火性能好等特点在我国桥梁工程中得到了广泛的应用。但随着服役时间的推移、环境的影响，即使是选材较好、设计合理、施工质量保证的桥梁也会不断老化，产生各种各样的病害如露筋、麻面、表层成块脱落等等，使结构的安全性能存在隐患。特别是在地震作用下，桥墩一旦发生破坏会造成大量的经济损失甚至是产生严重的生命安全威胁。钢筋混凝土桥墩作为一种延性构件，在承受较大的地震荷载时可以通过其塑性铰区的弯曲变形来耗能，因此如何对震损桥墩进行加固变得尤其重要。

侧向约束可改善混凝土脆性，提高钢筋混凝土构件的强度和变形能力。混凝土约束方法分为主动和被动两种。对于混凝土主动约束，在轴向压力作用之前侧向约束就以预压力的形式施加于结构构件之上。而对于被动约束，约束力作为混凝土受压横向膨胀的结果而间接施加于构件之上。但现有的主动约束以及被动约束手段均存在缺陷：对于被动约束，为使被动约束作用完全被“激活”，混凝土将不可避免产生一定程度的损坏。对于主动约束，目前，用于混凝土主动约束加固最常见的材料为钢材(预应力钢丝、预应力钢绞线和预应力钢板箍)和纤维增强复合材料(frp)。但钢材容易发生锈蚀，耐久性差。frp需用环氧树脂层作为粘合剂粘贴在构件表面，有发生脱落的危险。此外，这两类材料预应力的施加都需借助专用张拉设备，会耗费过多的人力、物力和财力。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构，该加固结构能够通过主动约束力与被动约束力相结合实现震损桥墩的加固，且成本较低，耐久性较好。

为达到上述目的，本发明所述的基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构包括用于连接震损桥墩内断裂钢筋的套筒挤压接头以及用于替换填补震损桥墩周围松散的混凝土以及修复震损桥墩表面裂缝的速凝水泥基砂浆，震损桥墩的墩身表面由内到外依次设置有环氧树脂层及碳纤维布，震损桥墩的底部固定有用于压紧碳纤维布的钢板压条，碳纤维布的外表面缠绕有nitinb形状记忆合金丝，在施工时，nitinb形状记忆合金丝连接有用于激活nitinb形状记忆合金丝的形状记忆效应的外部热激励电源设备。

碳纤维布自震损桥墩的底端沿轴向向上缠绕于震损桥墩的外壁上，且碳纤维布的缠绕高度为震损桥墩高度的1/3。

钢板压条通过螺栓固定于震损桥墩的底部。

nitinb形状记忆合金丝以40毫米的间距螺旋缠绕于碳纤维布的外侧。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构在具体操作时，在震损桥墩的外侧设置有碳纤维布及nitinb形状记忆合金丝，通过碳纤维布提供的被动约束力和nitinb形状记忆合金丝提供的主动约束力有机结合，以恢复并提高震损桥墩的抗侧刚度和延性，构造简单，施工简便，可有效克服传统主动约束加固方法预应力施加步骤繁琐、预应力施工机械繁重及预应力损失严重等缺陷，并有效提升工程结构质量和施工速度，且成本较低，耐久性较好。另外，需要说明的是，nitinb形状记忆合金丝可提供永久稳定的恢复应力，且不需要机械张拉，通过热激励即可产生预应力，操作简单有效，同时nitinb形状记忆合金丝还具有高阻尼性，耗能能力强，因此对结构抗震性能的提升可以起到至关重要的作用。

附图说明

图1为本发明的使用结构示意图；

图2为套筒挤压接头2连接断裂钢筋9的示意图；

图3为本发明的断面示意图；

图4为nitinb形状记忆合金丝5与外部热激励电源设备8的连接图。

其中，1为震损桥墩、2为套筒挤压接头、3为环氧树脂层、4为速凝水泥基砂浆、5为nitinb形状记忆合金丝、6为碳纤维布、7为钢板压条、8为外部热激励电源设备、9为断裂钢筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1至图4，本发明所述的基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构包括用于连接震损桥墩1内断裂钢筋9的套筒挤压接头2以及用于替换填补震损桥墩1周围松散的混凝土以及修复震损桥墩1表面裂缝的速凝水泥基砂浆4，震损桥墩1的墩身表面由内到外依次设置有环氧树脂层及碳纤维布6，震损桥墩1的底部固定有用于压紧碳纤维布6的钢板压条7，碳纤维布6的外表面缠绕有nitinb形状记忆合金丝5，在施工时，nitinb形状记忆合金丝5连接有用于激活nitinb形状记忆合金丝5的形状记忆效应的外部热激励电源设备8。

碳纤维布6自震损桥墩1的底端沿轴向向上缠绕于震损桥墩1的外壁上，且碳纤维布6的缠绕高度为震损桥墩1高度的1/3；钢板压条7通过螺栓固定于震损桥墩1的底部；nitinb形状记忆合金丝5以40毫米的间距螺旋缠绕于碳纤维布6的外侧。

本发明的实施过程为：

1)去除震损桥墩1周围松散的混凝土；

2)矫正弯曲的纵向钢筋并使用套筒挤压接头2将断裂钢筋9连接起来；

3)使用速凝水泥基砂浆4代替去除的混凝土并修复震损桥墩1表面的裂缝；

4)在震损桥墩1表面涂抹环氧树脂层，并将碳纤维布6粘贴在震损桥墩1表面；

5)将nitinb形状记忆合金丝5螺旋缠绕至柱受损区域，并使用外部热激励电源设备8激活nitinbsma形状记忆效应。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受专利法的保护。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于形状记忆合金及碳纤维布的震损桥墩混合加固结构，包括用于连接震损桥墩内断裂钢筋的套筒挤压接头以及用于替换填补震损桥墩周围松散的混凝土以及修复震损桥墩表面裂缝的速凝水泥基砂浆，震损桥墩的墩身表面由内到外依次设置有环氧树脂层及碳纤维布，震损桥墩的底部固定有用于压紧碳纤维布的钢板压条，碳纤维布的外表面缠绕有NiTiNb形状记忆合金丝，在施工时，NiTiNb形状记忆合金丝连接有用于激活NiTiNb形状记忆合金丝的形状记忆效应的外部热激励电源设备，该加固结构能够通过主动约束力与被动约束力相结合实现震损桥墩的加固，且成本较低，耐久性较好。

技术研发人员：李彬彬;刘博;刘洋
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2019.07.30
技术公布日：2019.10.22