[实用新型]一种管内轮胎式气压加载环向预应力加固装置

说明书

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。

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