專利名稱：混凝土結(jié)構(gòu)的改造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說涉及建筑領(lǐng)域，尤其涉及用于混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造的改進裝置和方法。
背景技術(shù)：
為符合經(jīng)過改進的建筑物安全法規(guī)的規(guī)定，經(jīng)常需要對現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)進行改造。例如，在世界上那些容易發(fā)生地震的地區(qū)，有關(guān)管理機構(gòu)頻繁地對建筑物法規(guī)進行審查和修改，以要求通過對現(xiàn)有建筑物進行改造，而提供針對地震的附加穩(wěn)定性和彈性，從而提高針對地震的結(jié)構(gòu)彈性。
對現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)進行抗震改造通常是一項巨大的工程，將給混凝土結(jié)構(gòu)的居住者帶來很大的不便。有的改造過程包括通過連接附加混凝土和/或鋼材(以提供韌性)來加強混凝土結(jié)構(gòu)。其他的改造過程包括通過安裝減震系統(tǒng)來將混凝土建筑與地面隔離。通常，這樣的建筑項目伴隨有大量的噪音、灰塵、污染、震動，并且普遍會中斷對混凝土建筑的正常作業(yè)。這些不便對醫(yī)院之類的建筑尤其麻煩，因為那里的居住者對這種中斷尤其敏感，而且建筑項目工期的重新安排通常是不可行的。
混凝土的機械鉆孔對于混凝土結(jié)構(gòu)的改造來說是一個特別具有破壞性的因素。典型地，這種機械鉆孔通過使用金剛石鉆頭的旋轉(zhuǎn)鉆機或者沖擊鉆機來完成，它們通過與混凝土表面的強制性物理接觸來進行鉆孔。這些類型的機械鉆機產(chǎn)生大量的噪聲和很大的震動，并向建筑物的其他部分進行傳播，以及產(chǎn)生大量的灰塵和碎片，這要求有特殊的防護措施。
由于激光能切割種類眾多的材料，以及其在危險條件或極端條件下的適用性，激光已經(jīng)在許多國外建筑項目中得到應(yīng)用。例如，在授權(quán)給Price并在本文中被全部引用作為參考的美國專利No.4,227,582(以下稱為“‘582號專利”)中，Price公開了一種用于從油井或氣井的封閉區(qū)內(nèi)對套筒及其周圍物進行打孔的裝置和方法。在‘582號專利中，激光鉆孔工具與放熱氣體(例如，氧氣)的高壓噴射以及熔融劑(例如，鐵粉或堿性鹵化物)結(jié)合使用，其中熔融劑與被鉆材料發(fā)生反應(yīng)以加速鉆孔過程。另外，授權(quán)給Hamasaki等人并在本文中被全部引用作為參考的美國專利No.4,568,814(以下稱為“‘814號專利”)中公開了一種用于在高危環(huán)境(例如在核反應(yīng)堆中拆除生物屏蔽墻)下切割混凝土的裝置和方法?！?14號專利還公開了一臺激光自動切割機與富含MgO輔助材料以及清除裝置的結(jié)合使用，該清除裝置有助于去除切割過程中產(chǎn)生的粘性熔渣。
Yoshizawa等人將二氧化碳激光切割混凝土和鋼筋混凝土的能力作為多個參數(shù)的函數(shù)，并對其進行了研究，標題為“激光切割混凝土研究”(Study on Laser Cutting of Concrete)，發(fā)表在1989年4月《日本焊接協(xié)會學(xué)報》(Transactions of the Japan Welding Society)第20卷、第1期的第31頁上(以下稱為“Yoshizawa論文”)，在本文中被全部引用以作為參考。Yoshizawa論文提供了來自實驗室的實驗數(shù)據(jù)，該實驗將激光作為激光功率、輔助氣壓及方向、激光透鏡焦距、激光點穿過混凝土的掃描速度、和混凝土的種類及水含量的函數(shù)，對激光生成的切口的深度進行了監(jiān)測。另外，Yoshizawa論文得出結(jié)論，切割混凝土的激光能量密度必須大于大約106W/cm2，而切割鋼筋混凝土的激光能量密度必須大于大約107W/cm2。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，公開了一種混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造方法。該方法包括通過用具有一定激光能量密度的激光束對混凝土結(jié)構(gòu)部分進行照射，從該混凝土結(jié)構(gòu)部分除去材料。該方法還包括將一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)置在靠近該混凝土結(jié)構(gòu)部分的位置。該方法還包括將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與該混凝土結(jié)構(gòu)部分進行連接，從而，該穩(wěn)定結(jié)構(gòu)向混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
在本發(fā)明的另一個實施例中，公開了一種對里面有設(shè)備和人的混凝土結(jié)構(gòu)進行抗震改造的方法。設(shè)備和人具有一定的噪音耐受度、震動耐受度和微粒耐受度。該方法包括用激光束照射混凝土結(jié)構(gòu)部分，從該混凝土結(jié)構(gòu)部分除去材料。去除材料所產(chǎn)生的噪音、震動和微粒分別小于各自的耐受度。該方法還包括將一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)置在靠近混凝土結(jié)構(gòu)部分的位置。該方法還包括將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)部分進行連接，從而，該穩(wěn)定結(jié)構(gòu)向混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
在本發(fā)明的另外一個實施例中，公開了一種混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造方法。該方法包括通過用激光束照射混凝土結(jié)構(gòu)部分，從混凝土結(jié)構(gòu)部分除去材料。該方法還包括向混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
為了概括本發(fā)明及其優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，以上對本發(fā)明的一些目的和優(yōu)點進行了描述。可以理解，并非所有的這些目的和優(yōu)點是依照本發(fā)明的某一特定實施例來實現(xiàn)的。因此，舉例來說，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，本發(fā)明在實施或?qū)崿F(xiàn)時，可以以達到或優(yōu)選本文中所教導(dǎo)的一個或多個優(yōu)點的形式來實施，而不必實現(xiàn)本文所教導(dǎo)或提出的其他目的或優(yōu)點。
所有這些實施例都處于此處所公開的本發(fā)明的范圍中。通過以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例所進行的詳細描述，本發(fā)明的這些或其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得非常明顯，而本發(fā)明并不受限于所公開的任一實施例。


圖1為混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造方法的一個實施例的流程圖。
圖2A、圖2B、和圖2C示意性地示出了對包括一個墻體的混凝土結(jié)構(gòu)的一部分進行抗震改造的實施例，墻體上具有多個用激光束進行照射所鉆的孔。
圖3A和圖3B示意性地示出了對包括一個墻體的混凝土結(jié)構(gòu)部分進行抗震改造的實施例，墻體上具有多個用激光束進行照射而切割的鍵槽。
圖4示意性地示出了一個鍵槽，其由在接近混凝土結(jié)構(gòu)部分內(nèi)的鋼筋的位置用激光束切割形成。
圖5示意性地示出了一個配置實施例，其中激光束切掉內(nèi)部嵌有鋼筋的混凝土的一部分。
圖6A、圖6B、和圖6C示意性地示出了對包括一個柱體的混凝土結(jié)構(gòu)部分進行抗震改造的實施例，柱體上具有用激光束進行照射所鉆的多個孔。
圖7示意性地示出了對包括一個底板和一個橫梁的混凝土結(jié)構(gòu)部分進行抗震改造的實施例，橫梁上具有多個用激光束進行照射透過底板、進入橫梁所鉆的孔。
圖8示意性地示出了一個在混凝土結(jié)構(gòu)部分內(nèi)切割的孔，其通過使用激光束剜去一個圓柱塞而成。
具體實施例方式
圖1為對混凝土結(jié)構(gòu)10進行抗震改造的方法100的一個實施例的流程圖。該方法100包括一個操作框110，其包括用具有一定激光能量密度的激光束30對混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20進行照射，從混凝土結(jié)構(gòu)的部分20除去材料。該方法100還包括一個操作框120，其包括將一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40設(shè)置在靠近混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20的位置。該方法100還包括一個操作框130，其包括將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20進行連接。穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40向混凝土結(jié)構(gòu)10提供結(jié)構(gòu)支撐。
通過使用激光束30從混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20除去材料，可對混凝土結(jié)構(gòu)10進行抗震改造，所產(chǎn)生的噪音、震動、和微粒遠小于使用傳統(tǒng)的鉆孔或切割技術(shù)所產(chǎn)生的。典型地，混凝土結(jié)構(gòu)10(例如建筑物)內(nèi)都有設(shè)備和人，其具有一定的噪音耐受度、震動耐受度、和微粒耐受度。例如，在某些實施例中，混凝土結(jié)構(gòu)10包括醫(yī)療設(shè)施，例如醫(yī)院，其內(nèi)部有醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)務(wù)人員、和病人，其中病人對那些破壞及過量的噪音、震動、和微粒尤其敏感。使用激光束30對部分20進行照射，從混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20除去材料，所產(chǎn)生的噪音、震動、和微粒程度可小于相應(yīng)的耐受度，從而可以實行抗震改造，而不干擾醫(yī)療設(shè)施的運轉(zhuǎn)或其病人。
在某些實施例中，激光束30的位置、運動、掃描速度、和激光能量密度最好都由一個控制系統(tǒng)控制。該控制系統(tǒng)可通過一個可編程微型芯片進行控制，或可進行手動操作以實施本文中所描述的預(yù)期的材料去除。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例對控制系統(tǒng)進行設(shè)置。
激光束30由激光系統(tǒng)產(chǎn)生，在某些實施例中，激光系統(tǒng)包括氟化氫化學(xué)驅(qū)動激光器、二氧化碳激光器、固體激光器(例如釹玻璃激光器)、或其他類型的先進激光器。在某些實施例中，激光系統(tǒng)的多個操作參數(shù)，包括但不限于脈沖寬度、頻率、激光能量密度、以及激光束30的面積和直徑，均由控制系統(tǒng)控制，以為所執(zhí)行的抗震改造過程提供最佳切割和鉆孔。此外，某些實施例中所用的激光系統(tǒng)適于使激光束30跨越將被照射的混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20的表面進行定位和掃描。某些實施例中對所用的激光系統(tǒng)經(jīng)過配置，以避免混凝土的過熱，從而避免了對混凝土結(jié)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)完整性造成的實質(zhì)性損傷。例如，對激光能量密度和激光切割速度進行優(yōu)化，以提供清潔的表面切割，并使傳給混凝土的熱量最小。其他的實施例包括使用水或者其他冷卻液來降低對混凝土結(jié)構(gòu)10的熱損傷。
某些實施例所用的激光系統(tǒng)還可包括幫助從切割區(qū)域除去熔渣的裝置。在某些實施例中，通過氣源和噴嘴來產(chǎn)生氣流以幫助除去熔渣，其通過從切割區(qū)域吹掉經(jīng)過照射的熔渣，能加速激光束的穿透速度。在其他實施例中，氣體包括放熱性反應(yīng)氣體，其與熔融劑發(fā)生反應(yīng)以幫助除去材料。在另一些實施例中，激光系統(tǒng)包括富含MgO輔助材料源，其與熔渣混和而使熔渣更容易被除去。這些實施例還包括有清除裝置，例如鋼絲刷、刮刀、或真空系統(tǒng)，以從被照射區(qū)域除去熔渣。及時地除去熱熔渣還將有助于控制熱量向混凝土的傳遞，因此更適于減少對混凝土結(jié)構(gòu)10的熱損傷。Price的‘582號專利和Hamasaki等人的‘814號專利中描述了與本發(fā)明的實施例相一致的激光系統(tǒng)的例子，其在本文中被全部引用作為參考。
圖2A、圖2B、和圖2C示意性地示出了一個對混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20進行抗震改造的實施例。在圖2A示意性示出的實施例中，部分20包括一個墻體22。在一個實施例中，通過用具有一定激光能量密度的激光束30照射墻體22，從墻體22除去材料，從而在墻體22中鉆得孔24。某些實施例中，孔24延伸貫穿墻體22的整個寬度，而在其他的實施例中，如圖2A示意性所示，孔24只穿過墻體22的部分寬度。
在某些實施例中，對激光束30進行配置，使得激光束30無需在墻體22的表面進行大的運動就能形成基本為圓柱形的孔24。在其他實施例中，孔24的打鉆包括使激光束30沿墻體22的表面做圓周運動以形成基本為圓柱形的孔。如Yoshizawa論文中所描述的，通過控制激光束30掃描混凝土表面的速度，可在一定程度上對激光在混凝土中的切割深度進行控制。然后通過在混凝土區(qū)域形成多個激光束30通道，直至除去預(yù)期深度和寬度的材料，就可以鉆出孔24。這個過程還能提供對傳遞到混凝土中的熱量的控制，以降低其熱損傷。在另一些實施例中，孔24通常為圓錐形，或者甚至為任意形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員能對激光器進行配置，以產(chǎn)生具有適宜激光能量密度的激光束30，依照本發(fā)明的實施例鉆出孔24。
如圖2B示意性所示，在某些實施例中，將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40放置在接近墻體22的位置的過程包括將鋼筋50放入墻體22內(nèi)的孔24中，并將鋼筋50固定到孔24內(nèi)。典型地，鋼筋50包括鋼質(zhì)的或鐵質(zhì)的，在混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20與穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40之間提供附加連接。鋼筋50還對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40提供附加結(jié)構(gòu)強度。在某些實施例中，鋼筋50被放入孔24中，在鋼筋50和孔24之間涂環(huán)氧樹脂60，使環(huán)氧樹脂60固化一定時間，從而將鋼筋50固定到墻體22上。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例選擇合適的環(huán)氧樹脂60。
在典型的實施例中，墻體22中鉆有一個以上的孔24，每一個孔24內(nèi)都固定有一個鋼筋50。在某些實施例中，固定到墻體22的鋼筋50與其他的鋼筋52相互連接，從而形成了一個鋼筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)54，如圖2B中所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例對鋼筋50、52進行配置。
在某些實施例中，將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與墻體22進行連接的過程還包括將混凝土70倒入環(huán)繞鋼筋50建立的臨時模具中以形成穩(wěn)定墻體42。通過固化，倒入的混凝土70形成穩(wěn)定墻體42，穩(wěn)定墻體與墻體22接觸耦合，并且包括鋼筋50、52，如圖2C中所示。在這種實施例中，穩(wěn)定墻體40對混凝土結(jié)構(gòu)10提供結(jié)構(gòu)支撐。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例制成穩(wěn)定墻體42。
如圖3A示意性所示，在本發(fā)明的其他實施例中，混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20包括一個墻體22，并且從墻體22除去材料的過程包括在墻體22中切割形成一個鍵槽80。如圖3A中示意性所示，鍵槽80為墻體22的表面上的一個切口。在某些實施例中，鍵槽80的切割過程包括沿墻體22的表面，在多個切割通道中移動激光束30，即可形成一個通常為矩形的鍵槽80。在其他實施例中，鍵槽80為圓形，或甚至為任意形狀。通常，墻體22中切割有一個以上的鍵槽80，以提供附加結(jié)構(gòu)強度，以下將對其進行更為詳細的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制成具有與本發(fā)明一致的尺寸和形狀的鍵槽80。
在某些實施例中，將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40放置在接近墻體22的位置并將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與墻體22進行連接的過程包括，通過將混凝土70倒入在具有鍵槽80的墻體22的表面周圍建立的臨時模具中，用倒入的混凝土70填充鍵槽80，從而形成穩(wěn)定墻體42。通過固化，倒入的混凝土70形成穩(wěn)定墻體42，如圖3B中示意性所示，通過混凝土結(jié)構(gòu)10的墻體22和穩(wěn)定墻體42之間的表面處的連鎖結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定墻體與墻體22緊密連接。在這個實施例中，穩(wěn)定墻體42對混凝土結(jié)構(gòu)10提供結(jié)構(gòu)支撐，這樣，鍵槽80就能抵抗墻體22和穩(wěn)定墻體42之間的剪切應(yīng)力。在某些實施例中，本文中所描述的鍵槽80與上文描述的孔24和鋼筋50、52相結(jié)合，以形成具有附加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的穩(wěn)定墻體42。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例制成穩(wěn)定墻體42。
在某些實施例中，要進行抗震改造的混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20包括多個鋼筋56，其對部分20提供附加結(jié)構(gòu)強度。為對混凝土結(jié)構(gòu)10提供更為牢固的結(jié)構(gòu)支撐，某些實施例中的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40連接到部分20的多個鋼筋56上。在這樣的實施例中，混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20包括埋入混凝土結(jié)構(gòu)10的鋼筋56，材料的去除包括除去混凝土以暴露出鋼筋56的一部分。
在一些實施例中，部分20中切割有鍵槽80，如圖4中示意性所示，可在接近部分20中的鋼筋56的位置用激光束30切割得到鍵槽80，其具有一定尺寸，可使鋼筋56暴露出來。構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40的倒入的混凝土70然后可與鋼筋56連接，從而提供附加結(jié)構(gòu)強度。在某些實施例中，鋼筋56在激光束30的作用下僅部分地露出，而在其他實施例中，鋼筋56的部分周圍的混凝土被激光束30完全除去，這樣，倒入的形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40的混凝土70將鋼筋56部分包圍。在其他實施例中，露出的鋼筋56可與穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40的附加鋼筋50、52連接，從而使混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20與穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40更加緊密地連接。同樣地，在通過激光束30在部分20中鉆有多個孔24的實施例中，可對孔24進行定位并使其具有一定尺寸，以方便地使混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20中的鋼筋56部分露出。
為了使激光束30對混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20中的鋼筋56的損傷降到最低，在某些實施例中，從混凝土10的部分20除去材料的過程還包括，探測鋼筋56并避免直接照射鋼筋56，從而避免嚴重損傷鋼筋56。圖5示意性示出了一個配置實施例，其中激光束30正在切除內(nèi)部嵌有鋼筋56的一部分混凝土，該結(jié)構(gòu)包括一個電子眼90。箭頭指示的是激光束30在被切割混凝土上的掃描方向。在某些實施例中，激光束30每一次通過最好切去深度相對較淺的混凝土，激光束重復(fù)通過，直至露出鋼筋56并被電子眼90探測到。
在某些實施例中，設(shè)置有電子眼90，電子眼90通過在去除材料過程中對從鋼筋56反射的光線進行檢測，并對鋼筋56和混凝土的反射差異做出反應(yīng)，從而探測到鋼筋56。反射光線可由激光束30、周圍光線、或其他光源產(chǎn)生。在其他實施例中，電子眼90對鋼筋56和混凝土針對入射光的相互作用產(chǎn)生的光譜差異或其他差異做出反應(yīng)。在另一些實施例中，電子眼90對鋼筋56與周圍混凝土不同的其他特征做出反應(yīng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例對電子眼90進行配置。
在某些實施例中，一旦從鋼筋56反射的光線被電子眼90探測到，激光束30就從鋼筋56前移到其他的混凝土部分，從而避免了對鋼筋56的嚴重照射。在可選實施例中，根據(jù)從鋼筋56反射的探測光線來減小激光束30的激光能量密度。如本文引用作為參考的Yoshizawa論文所述，可將激光束30的激光能量密度減至這樣的程度，其能切割混凝土，而使鋼筋基本無損傷。這樣，可將混凝土切割至一個適宜的深度，以確?；炷两Y(jié)構(gòu)10與穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40之間的充分連接，并限制對位于混凝土結(jié)構(gòu)10中的鋼筋56的損傷，從而不影響其結(jié)構(gòu)的整體性。
在另一些實施例中，可使用X射線對位于混凝土結(jié)構(gòu)10中的鋼筋56進行定位。通過從多個方向?qū)炷两Y(jié)構(gòu)10的部分20中的鋼筋56進行成像，可以確定鋼筋56在混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20中的深度，以及鋼筋56沿混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20的表面的位置。這種對鋼筋56的位置的確定，可在安置激光束30去除材料之前進行，從而使用戶能確定一個合適的位置以鉆出孔24、切割鍵槽80、或去除材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例利用X射線對鋼筋56進行定位。
如圖6A、圖6B、和圖6C所示，在某些實施例中，混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20包括一個柱體26，并且從部分20去除材料的過程包括在柱體26中鉆出孔24。在某些實施例中，這些孔24用來將包括穩(wěn)定墻體42的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與柱體26相連接。在一些實施例中，柱體26包括鋼筋56，對已有鋼筋56進行定位，這樣新的鋼筋50所用的孔24能定位到與柱體26中的已有鋼筋56接近的位置。在某些實施例中，如圖6A示意性所示，通過用激光束30照射柱體26而從柱體26的外表面除去材料，使鋼筋56暴露出來，從而可以確定柱體26中的已有鋼筋56的位置。典型地，鋼筋56位于柱體26表面下方約1.5英寸處，因此需要通過用激光束30照射柱體26將與穩(wěn)定墻體42連接的區(qū)域，而除去約1.5英寸的混凝土。本領(lǐng)域技術(shù)人員能意識到，實際深度隨要進行抗震改造的特定柱體26而變化。另外，從柱體26除去表面材料可用于對表面進行粗糙處理，從而在柱體26和穩(wěn)定墻體42之間提供更加牢固的連接。
如圖6B示意性所示，通過用激光束30在接近柱體26中的已有鋼筋56的地方對柱體26進行照射，鉆出孔24。在某些實施例中，在柱體26中鉆孔24的過程包括，與上文所述的關(guān)于在墻體22中鉆孔24一樣，使激光束30沿柱體26表面做圓周運動而形成基本上呈圓柱形的孔24。
與上文所述的關(guān)于墻體22的抗震改造一樣，某些實施例中所用的柱體26與穩(wěn)定墻體42相連接，這樣，穩(wěn)定墻體42對柱體26提供結(jié)構(gòu)支撐。在這些實施例中，鋼筋50通過環(huán)氧樹脂60被固定到由激光束30所鉆的孔24中。在典型實施例中，柱體26中鉆有一個以上的孔24，并且每個孔24內(nèi)都固定有一個鋼筋50。在某些實施例中，固定到柱體26上的鋼筋50與其他鋼筋52相互連接，從而形成了一個鋼筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)54，如圖6B示意性所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例對鋼筋50、52進行配置。
在某些實施例中，將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與柱體26進行連接的過程還包括，將混凝土70倒入在鋼筋50周圍建立的臨時模具中而形成穩(wěn)定墻體42。通過固化，倒入的混凝土70形成穩(wěn)定墻體42，其與柱體26緊接，并且穩(wěn)定墻體包括鋼筋50、52，如圖6C中所示。在這個實施例中，穩(wěn)定墻體42對柱體26提供結(jié)構(gòu)支撐。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例制成穩(wěn)定墻體42。
可選地，某些實施例中，從柱體26去除材料的過程除了在柱體26中鉆孔24之外還包括在柱體中切割鍵槽80。在某些實施例中，在柱體26中切割鍵槽80的過程包括，與上文所述的關(guān)于在墻體22中切割鍵槽80一樣，使激光束30沿柱體26的表面，在多個切割通道中移動。通過固化，倒入的混凝土70形成穩(wěn)定墻體42，其通過柱體26和穩(wěn)定墻體42之間的表面處的連鎖結(jié)構(gòu)與柱體26緊密連接。在這個實施例中，穩(wěn)定墻體42向柱體26提供結(jié)構(gòu)支撐，這樣，鍵槽80就能抵抗柱體26和穩(wěn)定墻體42之間的剪切應(yīng)力。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例從柱體26選擇合適的材料去除方式。
如圖7中所示，在某些實施例中，混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20包括一個底板28和一個橫梁29，并且從部分20去除材料的過程包括，通過用激光束30照射部分20，在底板28和橫梁29中鉆孔24。在某些實施例中，這些孔40用來使包括穩(wěn)定柱體44的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與底板28和橫梁29連接。在這些實施例中，激光束30被用來鉆出穿透底板28和進入橫梁29的孔24。按如上所述的方法，鋼筋50被固定到橫梁29中，并且鋼筋52穿過底板28中的孔24插入，并與鋼筋50連接而形成鋼筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)54。
在某些實施例中，將穩(wěn)定結(jié)構(gòu)40與底板28和橫梁29連接的過程還包括，通過將混凝土70倒入鋼筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)54周圍建立的臨時模具中而形成穩(wěn)定柱體44。通過固化，倒入的混凝土70形成穩(wěn)定柱體44，其與底板28和橫梁29都耦合在一起，并且穩(wěn)定柱體包括鋼筋50、52。在這個實施例中，穩(wěn)定柱體44向混凝土結(jié)構(gòu)10提供結(jié)構(gòu)支撐。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照本發(fā)明的實施例制成穩(wěn)定柱體44。
在其他實施例中，如圖8中示意性所示，通過使用激光束30剜出一個圓柱塞90，可在混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20中切出孔24，然后使圓柱塞90脫落。為了剜出圓柱塞90，將激光束30指向混凝土結(jié)構(gòu)10的部分20的表面做圓周運動，從而沿孔24的圓周進行切割。這些實施例對于制成較大的孔24尤其有用，在這種情況下，其可以避免激光束照射在混凝土上發(fā)生大的能量入射而除去孔24中的所有材料，借此能夠降低混凝土發(fā)生熱損傷的可能性。
雖然本文中分析了混凝土結(jié)構(gòu)的改造，但一般來說，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易知道本文中的方法和裝置還可用于其他的建筑項目中。雖然本文中公開了本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例和實例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，本發(fā)明可從所明確公開的實施例擴展到本發(fā)明其他的可選實施例和/或用法，以及其顯而易見的修改和等同替換。因此，本文公開的發(fā)明范圍不應(yīng)受限于上述的特定實施例，而應(yīng)該由所附的權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造方法，包括通過用具有一定激光能量密度的激光束對所述混凝土結(jié)構(gòu)的部分進行照射，從所述部分除去材料；將一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)置于靠近所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分的位置；以及將所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分進行連接，從而，所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對所述混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分包括一個墻體，并且從所述部分除去材料的操作包括在所述墻體上鉆孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述鉆孔的操作包括，使所述激光束沿所述墻體表面做圓周運動，以形成基本為圓柱形的孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)包括一個鋼筋，并且將所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與所述墻體連接的操作包括將所述鋼筋固定到所述孔內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中將所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與所述墻體連接的操作還包括，圍繞所述鋼筋建立一個臨時模具，并向所述臨時模具中倒入混凝土。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分包括一個墻體，并且從所述部分除去材料的操作包括在所述墻體中切割出鍵槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中切割所述鍵槽的操作包括，使所述激光束沿所述墻體表面在多個切割通道中移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述鍵槽通常為矩形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與所述墻體連接的操作包括，圍繞所述鍵槽建立一個臨時模具，并向所述臨時模具內(nèi)倒入混凝土，從而用倒入的混凝土填充所述鍵槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分包括一個埋在所述混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，并且去除材料的操作包括除去混凝土以暴露出所述鋼筋的一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中去除材料的操作還包括對所述鋼筋進行探測，并且避免對所述鋼筋的嚴重照射，從而避免對所述鋼筋造成嚴重損傷。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中對所述鋼筋的探測操作包括使用X射線對所述鋼筋進行定位。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中對所述鋼筋的探測過程包括在材料被除去時，使用電子眼對從所述鋼筋反射的光線進行探測。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中避免對所述鋼筋的嚴重照射的操作包括，一旦探測到從所述鋼筋反射的光線，就立即將所述激光束移開所述鋼筋。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中避免對所述鋼筋的嚴重照射的操作包括，一旦探測到從所述鋼筋反射的光線，就立即減小所述激光能量密度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分包括一個柱體，并且從所述部分除去材料的操作包括在所述柱體上鉆孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述鉆孔的操作包括使所述激光束沿所述柱體的表面做圓周運動，以形成基本上呈圓柱形的孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分包括一個柱體，并且從所述部分除去材料的操作包括在所述柱體上切割出鍵槽。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中切割所述鍵槽的操作包括，使所述激光束沿所述柱體的表面在多個切割通道內(nèi)移動。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分除去材料的操作包括，使用所述激光束剜一個圓柱塞，并使所述圓柱塞與所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分脫離。
21.一種混凝土結(jié)構(gòu)抗震改造方法，所述混凝土結(jié)構(gòu)中有設(shè)備和人，所述設(shè)備和人具有一定的噪音耐受度、震動耐受度、和微粒耐受度，所述方法包括用激光束照射所述混凝土結(jié)構(gòu)的部分，從所述部分除去材料，從而，去除材料所產(chǎn)生的噪音小于所述噪音耐受度，震動小于所述震動耐受度，微粒小于所述微粒耐受度；將一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)置在靠近所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分的位置；以及將所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分進行連接，從而，所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對所述混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述混凝土結(jié)構(gòu)包括醫(yī)療設(shè)施，所述設(shè)備和人包括醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)務(wù)人員、和病人。
23.一種混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造方法，包括通過使用激光束對所述混凝土結(jié)構(gòu)的部分進行照射，從所述部分除去材料；以及向所述混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
全文摘要
一種混凝土結(jié)構(gòu)的抗震改造方法，包括通過用具有一定激光能量密度的激光束對所述混凝土結(jié)構(gòu)的部分進行照射，從所述部分除去材料。所述方法還包括將一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)置在靠近所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分的位置。所述方法還包括將所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述部分進行連接，從而所述穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對所述混凝土結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐。
文檔編號E04G23/02GK1623026SQ03802790
公開日2005年6月1日 申請日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月20日
發(fā)明者肯尼思·喬·布雷耶, 布拉德利·史蒂文·約翰遜, 喬治·愛德華·約翰斯頓, 馬丁·約翰遜, 埃爾伍德·斯米塔納, 羅納德·漢堡, 約翰·希普, 邁克爾·J·羅詹斯基 申請人:洛瑪·琳達大學(xué)醫(yī)學(xué)中心