[实用新型]一种PCCP管预应力碳纤维补强加固结构设计

说明书

技术领域

本实用新型涉及水利工程领域，具体涉及一种PCCP管预应力碳纤维补强加固结构设计。

背景技术

预应力钢筒混凝土管( Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简写PCCP管)是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。它是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，综合发挥了钢材的抗拉、易密封和混凝土的抗压、耐腐蚀性能，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性，广泛应用于长间隔输水干线、压力倒虹吸、城市供水工程、产业有压输水管线、电厂循环水工程下水管道、压力排污干管等。与以往管材相比，PCCP管具有适用范围广、经济寿命长、抗震性能好、安装方便、基本不漏水等优点。目前我国引调水工程中使用PCCP管的工程越来越多。但由于设计、施工质量缺陷、运行管理不当等原因，目前已发生多个工程出现爆管现象，严重威胁着输水管道的安全运行。大部分爆管是由于高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝出现断丝所致，为了防患于未然，对检测出有断丝的PCCP管需要进行加固。

PCCP管加固可以采用置换、加大外部断面、粘钢法、内衬钢桶、外部粘贴碳纤维及内侧粘贴碳纤维等方法。这些方法各具特色，互有优劣。内侧粘贴碳纤维加固PCCP管技术是通过树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于PCCP管内侧混凝土表面，通过两者的共同作用达到加固补强、改善结构受力性能的一种加固技术。与其他加固技术相比，这种技术无需大型施工机具，施工简便、高效、质量易保证。碳纤维材料一般具有良好的耐腐蚀性和耐久性，片材较轻且薄，基本不增加原结构自重及不减少PCCP管的过水断面。但大量的实验研究和工程实践表明，目前的从内侧粘贴碳纤维加固PCCP管技术存在一些固有缺陷，由于碳纤维弹性模量相对其强度低得多，发挥强度时需要较大的变形，难以抑制PCCP管结构的变形与裂缝的发展，导致用碳纤维布加固PCCP管效果不明显。如碳纤维在较低的应力水平时PCCP管混凝土就会发生出现裂缝或外侧预应力钢丝断裂，使碳纤维材料的高强度优势不能得到有效发挥。这些缺陷在很大程度上降低了碳纤维对PCCP管进行加固的效果，增加了补强加固成本。

实用新型内容

为改善现有技术的不足，提出一种补强加固结构设计，可在高压水作用下最大程度利用碳纤维高强度的优势加固PCCP管，本实用新型提供了一种预应力碳纤维补强加固PCCP管的结构设计，设于PCCP管内壁，所述PCCP管预应力碳纤维补强加固结构设计包括：

柔性防渗涂层，设于PCCP管最内侧，用于防止管内水渗透到碳纤维布和垫层内；

碳纤维布层，设于柔性防渗涂层和垫层之间，在内水压力作用下分担PCCP管承受的拉应力；

垫层，包括间隔设置的弹性垫层和刚性垫层，其中，

弹性垫层设于PCCP管内壁的混凝土层与碳纤维布层之间，用于增加碳纤维布层的变形量；

刚性垫层设于PCCP管内壁的混凝土层与碳纤维布层之间，与弹性垫层在同一层，用于加强碳纤维布与PCCP管的连接；

其中，前述刚性垫层的宽度介于0-30cm，厚度介于3-6mm。

其中，前述弹性垫层的宽度介于20-50cm，厚度介于3-6mm。

其中，前述弹性垫层的厚度等于刚性垫层。

其中，前述刚性垫层的材质为环氧腻子或环氧砂浆。

其中，前述弹性垫层的材质为可压缩的低弹模发泡聚氨酯，所述低弹模发泡聚氨酯的压缩量大于40%。

其中，前述碳纤维布层设为1-3层，通过碳纤维粘结剂黏贴在固化后的弹性垫层和刚性垫层上。

其中，前述碳纤维粘结剂的材质为环氧树脂。

其中，前述柔性防护涂层的厚度介于1~2mm。

其中，前述柔性防护涂层的材质为单组份聚脲。

本实用新型提供的PCCP管预应力碳纤维补强加固结构设计，通过设置弹性垫层，在保证PCCP管没有明显变形的基础上，增加了碳纤维布层的变形量，从而增加了碳纤维布层所能承受的拉应力，进而减小了分散到PCCP管的应力，有效避免了PCCP管混凝土出现裂缝或预应力钢丝断裂，使碳纤维材料的高强度优势得到有效发挥，最大程度的增加了碳纤维对PCCP管的补强加固效果。

附图说明

图1：根据本实用新型实施例的PCCP管预应力碳纤维补强加固结构设计示意图。

具体实施方式