纖維筋混凝土水工閘門的製作方法

2023-04-22 18:59:11

專利名稱：纖維筋混凝土水工閘門的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水利工程的水工閘門，尤其涉及一種纖維筋混凝土水工閘門。
背景技術：
目前，我國現有大中型水閘2300餘座，其中主要是金屬的鋼鐵結構閘門，另外，有一些木結構閘門，還有少量鋼絲網水泥閘門。由於水位變化，經常處於溼幹交替環境中和空氣或水中各種化學介質易產生電化學作用，閘門的鏽蝕和腐蝕的情況很嚴重。尤其是金屬水工閘門普遍存在著鋼鐵材料易腐蝕，導致金屬水工閘門鏽蝕嚴重，壽命短，造成金屬水工閘門維修和更新費用高等問題。隨之就帶來金屬水工閘門的安全性和可靠性大大降低，對防洪、排澇的安全性構成威脅，這是水利工程的水工閘門亟待解決的問題。

發明內容
本實用新型的主要目的在於解決水利工程中水工閘門存在的問題，提供一種具有強度高、體積小、重量輕、耐腐蝕、耐老化、防水、形狀可塑、安裝簡單、使用壽命長、對環境影響小、環保效果明顯、價格低廉的纖維筋混凝土水工閘門。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是由至少20束以上浸漬樹脂膠的非金屬纖維絲纏繞製成環形筋和群環筋構成纖維筋骨架，橫向等距設置群環筋，縱向等距設置環形筋，用線材綁紮環形筋與群環筋的交叉部，構成閘門的纖維筋骨架。
纖維筋混凝土水工閘門一般情況下橫向設置群環筋，縱向設置環形筋；根據設計要求也可縱向設置群環筋，橫向設置環形筋。用群環筋和環形筋按照設計要求綁紮成各種結構不同的閘門所需要的纖維筋骨架，也可根據設計的要求多層設置群環筋和環形筋，綁紮成多層的纖維筋骨架。主要是根據閘門承受布水壓力的荷載設置群環筋，越靠近中部布水壓力的荷載越高，在環形筋和群環筋的交叉部用線材進行綁紮，綁紮用的線材可採用金屬線材或非金屬纖維。在綁紮後的交叉部塗刷樹脂膠，待固化後使交叉部成為一體，提高纖維筋骨架的整體強度。
根據河道的基礎數據資料確定閘門的孔口形式、主要尺寸和作用荷載。將複合纖維筋混凝土水工閘門沿水平方向分成若干疊加梁，就每一根梁根據其所受的荷載，分別進行配筋設計。複合纖維筋混凝土結構設計借鑑鋼筋混凝土結構設計原理，先按照鋼筋混凝土結構設計方法進行配筋，然後按照複合纖維筋和鋼筋的抗拉強度進行截面面積換算，得出所需的複合纖維筋的截面面積。按照設計要求的形式和數量布置複合纖維筋，並綁紮成複合纖維筋骨架。依據複合纖維環筋的應用效果，作為縱向主筋的複合纖維環筋的直徑不應過小，否則不能保證纖維絲有效的共同受力；複合纖維環筋的間距不應太大，會使整體結構受力更為均勻。
從正截面配筋計算得出，縱向配筋截面面積As＝390.87mm2；斜截面配筋計算得出1dVc=1d0.07fcbh0=89.32KN;]]>因此V1dVc]]>不需進行斜截面承載力計算，根據規範的有關規定，按照構造要求配置箍筋即可。
混凝土整體包裹住纖維筋骨架，構成閘門，混凝土表面設置纖維布層和防腐塗料層。
將纖維筋骨架放入模板，澆築混凝土或其他材料製作成閘門。混凝土採用C25混凝土，混凝土中的骨料可採用輕骨料，減輕混凝土的重量，例如陶粒混凝土等；為提高混凝土的抗微裂能力和抗凍融能力，可在混凝土內配置了短纖維，即美國的杜拉縴維。根據結構計算，複合纖維環筋的強度已完全滿足設計要求，為防止混凝土的碳化以及有害介質的侵害，同時也為了提高閘門的耐久性，在混凝土的表面粘貼纖維布，纖維布可採用碳纖維布、芳綸纖維布等，加強混凝土的自身的強度和抗老化能力，延長閘門的使用壽命。在纖維布上塗刷防腐塗料，加強閘門的耐腐蝕性能、耐老化性能和防水性能。
環形筋呈扁長圓形封閉環狀，環形筋的兩端部為U形，環形筋的兩側中部平直。
把纖維筋製做成扁長圓形封閉的環形筋，中部平直，相對平行，環形筋的高度和長度應小於閘門的高度和長度，能夠包裹在閘門的構件內；環形筋的形狀可以不拘一格，可採用矩形、圓形、橢圓形、多邊形等，關鍵是必須封閉成環形，有利於在混凝土閘門的構件中起到受拉，而不會產生滑移。
群環筋由若干個環形筋多重平行纏繞包裹，外圈的環形筋的中部內側與相鄰的內圈的環形筋的外側纏繞相連接，外圈的環形筋的兩端部長於相鄰的內圈的環形筋，連續設置若干個外圈的環形筋包裹相鄰的環形筋，內圈的環形筋的兩側平直部與相鄰的外圈的環形筋中部兩側平直部纏繞連接成一體構成群環相連的群環筋。
把單個的扁長圓形封閉的環形筋作為內圈的環形筋，將兩端部長於內圈的環形筋扁長圓形封閉的環形筋作為相鄰的外圈的環形筋，可連續設置若干個兩端部長於相鄰的內圈的環形筋的外圈的環形筋，外圈的環形筋包裹相鄰的環形筋，使得群環相連構成群環筋，群環筋可以加強環形筋的抗拉、抗繞的強度。
至少兩榀以上的群環筋之間等距設置若干榀環形筋，橫向等距設置群環筋，縱向等距設置環形筋，用線材綁紮環形筋與群環筋的交叉部，製成纖維筋骨架。
用群環筋和環形筋按照設計要求綁紮成各種結構不同的閘門構件所需要的纖維筋骨架，也可根據設計的要求多層設置群環筋和環形筋，綁紮成多層的纖維筋骨架。在環形筋和群環筋的交叉部用線材進行綁紮，綁紮用的線材可採用金屬線材或非金屬纖維。在綁紮後的交叉部塗刷樹脂膠，待固化後使交叉部成為一體，提高纖維筋骨架的整體強度。一般情況下橫向設置群環筋，縱向設置環形筋；根據設計需要也可縱向設置群環筋，橫向設置環形筋。
製作設計要求的閘門的模板，將纖維筋骨架放入閘門的模板內，澆築預製的混凝土，搗固混凝土使混凝土密實，纖維筋骨架在混凝土內與混凝土形成一體。
按照閘門的設計要求設定長度、寬度和厚度的尺寸，製作閘門的木模板；將綁紮好的纖維筋骨架放入木模，澆築混凝土或其他材料製作成閘門的預製構件。混凝土按設計要求的強度等級進行配比，混凝土採用C25混凝土，混凝土中的骨料可採用輕骨料，減輕混凝土的重量，例如陶粒混凝土等；同時為了提高混凝土的抗微裂能力和抗凍融能力，混凝土內配製適量的短纖維。澆築混凝土後用振搗設備或人工對混凝土進行搗固，使混凝土密實，搗固混凝土必須充分，搗固的時間越長和搗固的力量越大，則混凝土越密實，混凝土的質量越高。
在養護條件下對混凝土進行養護，養護期結束拆除閘門的模板，在閘門的混凝土表面製作纖維布層，加強混凝土結構的耐久性。
混凝土在規範規定的養護條件下進行自然養護或蒸汽養護，在標準條件下要求溫度20±5℃，相對溼度90-100％，養護齡期不少於28天，養護結束後即可拆除閘門的模板。在製作成的閘門預製件的混凝土表面粘貼纖維布，纖維布可採用碳纖維布、芳綸纖維布等材料，加強混凝土的自身的強度和抗老化能力，延長閘門的使用壽命。
待纖維布層固化後在纖維布層上製作防腐塗料層，加強混凝土結構的耐腐蝕性。待防腐塗料層固化後成品待用。
在纖維布上塗刷防腐塗料，加強閘門的耐腐蝕性能、耐老化性能和防水性能。
環形筋或群環筋是把至少20束以上非金屬纖維絲梳理成一股非金屬纖維索，先對非金屬纖維索預拉伸施加預應力，再用樹脂膠充分浸漬非金屬纖維索，將浸漬後的非金屬纖維索環繞兩兩相對稱的芯模循環往復進行纏繞製作成環形筋或群環筋，循環往復纏繞到設計要求的直徑。
在製作複合纖維環形筋時，採用的是整體纏繞成型法。將至少20束以上非金屬纖維絲梳理製成一股纖維索，非金屬纖維絲可採用碳纖維絲、芳綸纖維絲、玻璃纖維絲等。首先對纖維索預拉伸施加預應力，施加第一次的預應力，大約施加了10％的預應力，再將施加預應力的纖維索充分地浸漬樹脂膠，樹脂膠可採用環氧樹脂、聚酯樹脂、乙烯樹脂等。對纖維索浸漬樹脂膠可採用浸浴方式浸浴纖維索或用噴淋系統噴淋纖維索。把均勻、充分地浸漬樹脂膠的纖維索按照設計要求以恆速在芯模上進行纏繞製作成環形筋和群環筋，在芯模上纏繞浸漬樹脂膠的纖維索一直纏繞到設計要求的直徑即可。
纏繞非金屬纖維索的同時通過預應力支撐架和芯模對環形筋或群環筋再次施加預應力，使環形筋或群環筋繃緊，施加預應力一直到環形筋或群環筋固化，使預應力作用於環形筋或群環筋上。
在進行纏繞作業的同時對非金屬纖維索始終施加預應力，一直到固化為止；在纏繞浸漬環氧樹脂後的增強纖維時，施加了預應力，使環形筋和群環筋繃緊，待環形筋和群環筋固化定型後，環氧樹脂和受力伸長的增強纖維固結為一體，纖維回彈受到樹脂的約束，這樣環形筋和群環筋就不能回彈，纏繞時施加的預應力就保留在了環形筋和群環筋上。
在室溫條件下使環形筋或群環筋自然固化，固化後的環形筋或群環筋固定成型。
纏繞作業結束後，在自然室溫的條件下讓充分浸漬樹脂膠的非金屬纖維索自然固化，一般在自然室溫的條件下經1-2小時後環形筋和群環筋就固化定型了，即可脫模。
待環形筋或群環筋固化後解除預應力使環形筋或群環筋鬆弛，將環形筋或群環筋從芯模上脫模，取下環形筋或群環筋待用。
經過自然室溫的條件固化後的環形筋和群環筋對其所施加的預應力已經保留在環形筋和群環筋上，就可以從芯模上脫模，首先鬆弛預應力支撐架對芯模施加的預應力，通過預應力支架把芯模從環形筋和群環筋兩端向中部放鬆，使環形筋和群環筋鬆弛，即可很方便的從芯模上取下環形筋和群環筋，以備待用。
本實用新型經檢測符合《水利水電工程鋼閘門設計規範》(DL/T5013-95)和《水利水電工程鋼閘門製造、安裝及驗收規範》(DL/T5018-94)的規定指標，抗拉強度3000Mpa，複合纖維環筋的彈性模量210Mpa；抗滲等級W6，抗凍等級F300；允許撓度小於l0/500。
本實用新型是纖維筋混凝土水工閘門及製作方法。結構設計合理，製作工藝簡便易行，設計形式新穎、簡潔，水工閘門的結構受力明確、強度高、抗滲能力強，符合水工閘門要求，水工閘門使用期間無需除鏽、刷漆等保養，經濟效益顯著，具有強度高、體積小、重量輕、耐腐蝕、耐老化、防水、形狀可塑、安裝簡單、使用壽命長、對環境影響小、環保效果明顯、價格低廉，採用纖維材料製作成的水工閘門，其纖維材料的化學性質穩定，具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能，能抵抗淡水、海水、汙水中經常遇到的各種酸、鹼、鹽對閘門的腐蝕。本實用新型可以達到與鋼閘門技術方案相同的效果外，造價明顯低於具有同樣功能的鋼閘門，耐腐蝕、耐老化、結構終生免維護，設計使用壽命預計可達50年。本實用新型應用範圍廣可以應用到各種水工閘門，而且可推廣到整個水利工程、海洋工程中，不僅高水頭水閘、低水頭水閘可以應用，還可以加固老舊的水工建築物。
以下結合附圖和實施例對本實用新型詳細說明。


圖1 纖維筋混凝土水工閘門用環形筋的示意圖圖2 纖維筋混凝土水工閘門用群環筋的示意圖圖3 纖維筋混凝土水工閘門用纖維筋骨架的示意圖圖4 纖維筋混凝土水工閘門的示意圖圖5 纖維筋混凝土水工閘門的製作工藝流程
圖1纖維布層，2混凝土，3環形筋，4纖維筋骨架，5群環筋，6防腐塗料層具體實施方式
實施例1由至少20束以上浸漬樹脂膠的非金屬纖維絲纏繞製成環形筋(3)和群環筋(5)構成纖維筋骨架(4)，橫向等距設置群環筋(5)，縱向等距設置環形筋(3)，用線材綁紮環形筋(3)與群環筋(5)的交叉部，構成閘門的纖維筋骨架(4)。混凝土整體包裹住纖維筋骨架(4)，構成閘門，混凝土表面設置纖維布層(1)和防腐塗料層(6)，如
圖1、圖2、圖3、圖4所示。
實施例2環形筋(3)呈扁長圓形封閉環狀，環形筋(3)的兩端部為U形，環形筋(3)的兩側中部平直，如
圖1所示。
實施例3群環筋(5)由若干個環形筋(3)多重平行纏繞包裹，外圈的環形筋(3)的中部內側與相鄰的內圈的環形筋(3)的外側纏繞相連接，外圈的環形筋(3)的兩端部長於相鄰的內圈的環形筋(3)，連續設置若干個外圈的環形筋(3)包裹相鄰的環形筋(3)，內圈的環形筋(3)的兩側平直部與相鄰的外圈的環形筋(3)中部兩側平直部纏繞連接成一體構成群環相連的群環筋(5)，如圖2所示。
實施例4至少兩榀以上的群環筋(5)之間等距設置若干榀環形筋(3)，橫向等距設置群環筋(5)，縱向等距設置環形筋(3)，用線材綁紮環形筋(3)與群環筋(5)的交叉部，製成纖維筋骨架(4)。
製作設計要求的閘門的模板，將纖維筋骨架(4)放入閘門的模板內，澆築預製的混凝土，搗固混凝土使混凝土密實，纖維筋骨架(4)在混凝土內與混凝土形成一體。
在養護條件下對混凝土進行養護，養護期結束拆除閘門的模板，在閘門的混凝土表面製作纖維布層(1)，加強混凝土結構的耐久性。
待纖維布層(1)固化後在纖維布層(1)上製作防腐塗料層(6)，加強混凝土結構的耐腐蝕性；待防腐塗料層(6)固化後成品待用，如
圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示。
實施例5環形筋(3)是把至少20束以上非金屬纖維絲梳理成一股非金屬纖維索，先對非金屬纖維索預拉伸施加預應力，再用樹脂膠充分浸漬非金屬纖維索，將浸漬後的非金屬纖維索環繞兩兩相對稱的芯模循環往復進行纏繞製作成環形筋(3)，循環往復纏繞到設計要求的直徑。
纏繞非金屬纖維索的同時通過預應力支撐架和芯模對環形筋(3)再次施加預應力，使環形筋(3)繃緊，施加預應力一直到環形筋(3)固化，使預應力作用於環形筋(3)上。
在室溫條件下使環形筋(3)自然固化，固化後的環形筋(3)固定成型。
待環形筋(3)固化後解除預應力使環形筋(3)鬆弛，將環形筋(3)從芯模(1)上脫模，取下環形筋(3)待用，如
圖1所示。
實施例6群環筋(5)是把至少20束以上非金屬纖維絲梳理成一股非金屬纖維索，先對非金屬纖維索預拉伸施加預應力，再用樹脂膠充分浸漬非金屬纖維索，將浸漬後的非金屬纖維索環繞兩兩相對稱的芯模循環往復進行纏繞製作成群環筋(5)，循環往復纏繞到設計要求的直徑。
纏繞非金屬纖維索的同時通過預應力支撐架和芯模對群環筋(5)再次施加預應力，使群環筋(5)繃緊，施加預應力一直到群環筋(5)固化，使預應力作用於群環筋(5)上。
在室溫條件下使群環筋(5)自然固化，固化後的群環筋(5)固定成型。
待群環筋(5)固化後解除預應力使群環筋(5)鬆弛，將群環筋(5)從芯模(1)上脫模，取下群環筋(5)待用，如圖2所示。
權利要求1.一種纖維筋混凝土水工閘門，其特徵是由至少20束以上浸漬樹脂膠的非金屬纖維絲纏繞製成環形筋(3)和群環筋(5)構成纖維筋骨架(4)，橫向等距設置群環筋(5)，縱向等距設置環形筋(3)，用線材綁紮環形筋(3)與群環筋(5)的交叉部，構成閘門的纖維筋骨架(4)；混凝土整體包裹住纖維筋骨架(4)，構成閘門，混凝土表面設置纖維布層(1)和防腐塗料層(6)。
2.根據權利要求1所述的纖維筋混凝土水工閘門，其特徵在於所述的環形筋(3)呈扁長圓形封閉環狀，環形筋(3)的兩端部為U形，環形筋(3)的兩側中部平直。
3.根據權利要求1所述的纖維筋混凝土水工閘門，其特徵在於所述的群環筋(5)由若干個環形筋(3)多重平行纏繞包裹，外圈的環形筋(3)的中部內側與相鄰的內圈的環形筋(3)的外側纏繞相連接，外圈的環形筋(3)的兩端部長於相鄰的內圈的環形筋(3)，連續設置若干個外圈的環形筋(3)包裹相鄰的環形筋(3)，內圈的環形筋(3)的兩側平直部與相鄰的外圈的環形筋(3)中部兩側平直部纏繞連接成一體構成群環相連的群環筋(5)。
專利摘要本實用新型是纖維筋混凝土水工閘門。由至少20束以上浸漬樹脂膠的非金屬纖維絲纏繞製成環形筋和群環筋構成纖維筋骨架，橫向等距設置群環筋，縱向等距設置環形筋，用線材綁紮環形筋與群環筋的交叉部，構成閘門的纖維筋骨架；混凝土整體包裹住纖維筋骨架，構成閘門，混凝土表面設置纖維布層和防腐塗料層。本實用新型結構設計合理，製作工藝簡便易行，設計形式新穎、簡潔，水工閘門的結構受力明確、強度高、抗滲能力強，符合水工閘門要求，水工閘門使用期間無需除鏽、刷漆等保養，經濟效益顯著，應用範圍廣可以應用到各種水工閘門，而且可推廣到整個水利工程、海洋工程中，不僅高水頭水閘、低水頭水閘可以應用，還可以加固老舊的水工建築物。
文檔編號B28B23/02GK2915439SQ20062002650
公開日2007年6月27日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者楊秀富, 孫文祥, 張金鵬, 陳維華, 李大華, 劉國偉, 郭風華, 季樹凱, 丁謙, 徐道琮, 張強 申請人:天津市河道閘站管理總所