[发明专利]用于修复性壳体的轴向增强系统

说明书

公开了一种轴向增强系统，其提供保护承重构件(例如，水泥柱)免受腐蚀环境的壳体(即，外形或护套)，并且还显著增加承重构件的结构能力。壳体与“定位器”和增强元件结合在一起，其组合提供了相对于常规壳体的若干优点。定位器直接附接至壳体，反过来，定位器又固定至增强元件，增强元件可以是增强刚，例如钢筋、或碳纤维增强聚合物材料。已经发现轴向增强系统显著增加了承重构件的结构刚度，同时保护承重构件免受腐蚀并且也安装简单。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2016年2月1日提交的美国临时申请号62/289,718的优先权，其全部内容通过引用而并入本文。

背景技术

支撑垂直载荷的桩或柱会随着时间而劣化，特别是在海洋环境中。当柱承载连续载荷时，潮汐、水流、咸水磨损、漂浮碎屑、海洋昆虫、宽温度梯度和风化都会导致该柱劣化。桥梁和码头是由海洋环境中的柱支撑的建筑结构的实例。例如，柱可以由混凝土、钢或木材制成。由于移除每个柱以进行维修或更换的高成本，劣化的柱，或更一般地，承重构件通常就地维修。海洋柱修复是一个危险而艰巨的过程，因为柱通常在水下延伸数英尺并且难以接近。此外，通常必须快速恢复海洋柱，因为大部分维修是在水下进行的。有时，维修部位必须“脱水”以防止水干扰柱修复。

已经引入壳体或护套以保护柱免受进一步劣化。壳体设计成围绕劣化区域上方和下方的柱。围绕柱放置壳体，然后将薄浆或环氧树脂浇注或泵入壳体和柱之间的空间。壳体提供了一种保护柱免于进一步劣化的永久外形，同时保留填充柱中的空隙的环氧树脂或水泥。环氧树脂或薄浆或环氧树脂还防止水或环境腐蚀剂接触柱的受损部分或任何其他覆盖部分。然而，由壳体和环氧树脂薄浆组合在柱中添加很小的结构能力。

在许多情况下，能够增加柱的结构能力并同时保护柱免受劣化的壳体是期望的。例如，几十年前建造的桥梁可以由设计用于支撑较小载荷的柱来支撑，并且该柱符合比现在的规范标准所要求的较不严格的设计标准。例如，建于1950年的桥梁可能设计和建造用于支撑高达40,000磅的卡车，并且需要加强以支撑当今较重的卡车、增加的交通量和更严格的结构规范。而且，支撑这种桥梁的柱可能已随着时间而劣化，使得桥梁的承重能力降低。

常规的壳体不能显著增加承重构件的结构能力，因为它们没有结合至其上的定位器、杆支撑件或增强构件。已经发现本发明解决了常规壳体和柱修复程序中固有的许多问题。

发明内容

本文公开的实施例增加了诸如“薄浆填充壳体系统”的施工维修系统的结构能力。在本发明人先前开发的系统中，制造的玻璃纤维壳体(例如，玻璃纤维增强聚合物或GFRP)围绕例如由钢、混凝土或木材制成的现有的柱安装，该柱支撑例如道路或码头的结构。在柱和壳体内部之间放置薄浆。示例性薄浆材料包括环氧树脂或水泥混合物。在2014年1月17日提交的标题为“Hygroscopic Cementitious Materials”的发明人的相应美国专利号9,382,154中公开了示例性水泥混合物，其公开内容通过引用而整体并入本文。当柱的初始结构设计能力由于桩的损坏、腐烂或磨损而降低时，或当柱需要或期望附加补强时，通常采用薄浆填充或环氧树脂填充的壳体系统。薄浆填充或环氧树脂填充的壳体系统可用于海洋环境或水下，其中所有部件都需要是不可腐蚀的。然而，现有系统通常无法将退化的柱的能力恢复至初始设计要求或加强的设计要求，包括设计标准、规范或法规要求的安全系数。

本文公开的实施例解决了在早期系统中发现的缺陷。具体地，通过为玻璃纤维壳体提供“定位器”并在壳体内部附接附加的轴向增强元件，相应的附加增强件可以满足或超过柱的所需结构设计能力，包括所需的安全系数。示例性轴向增强元件包括不锈钢或碳钢增强杆(例如，钢筋)或由碳纤维增强聚合物(CFRP)组成的层压形状。这些实施例不限于完全包封，但是当需要少于全部或半个壳体时可以采用它们，例如补充或增加定位板的结构能力。此外，所公开的实施例可用于在任何环境中补强标准柱，而不仅仅是在海洋环境中。