本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用碳纖維材料管道強(qiáng)固和延壽的結(jié)構(gòu)裝置，屬于管道加固技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于懸空管道的強(qiáng)固和延壽。

背景技術(shù)：

目前由于設(shè)計(jì)缺陷、地質(zhì)災(zāi)害、第三方破壞等原因，導(dǎo)致管道懸空而引起的管道事故頻發(fā)。對(duì)于管道危害作用來說，管道懸空是很多種管道事故的孕床，例如管道拉裂，泄漏、斷裂等都與長(zhǎng)時(shí)間、大跨度的管道懸空有關(guān)。許多研究表明管道設(shè)計(jì)階段提前考慮管道可能受到的破壞或者對(duì)在役管道進(jìn)行局部加固，可有效的縮短管道懸空的影響區(qū)段，對(duì)管線起到強(qiáng)固、延壽的作用。

碳纖維強(qiáng)固技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于提高梁柱等受彎構(gòu)件的抗彎性和抗剪性。而在石油管道領(lǐng)域，碳纖維等復(fù)合材料主要用于管道補(bǔ)強(qiáng)。但專門針對(duì)于平衡管道彎曲，提高管道的抗拉性能的實(shí)用技術(shù)還很少。因此在設(shè)計(jì)階段針對(duì)易發(fā)生彎曲的管段考慮利用碳纖維強(qiáng)固技術(shù)對(duì)管線局部加固，或者在彎曲、懸空段應(yīng)用此技術(shù)，可以起到管線強(qiáng)固延壽的作用。

纖維強(qiáng)固材料主要有碳纖維復(fù)合材料(CFRP)、玻璃纖維復(fù)合材料(GFRP)、芳綸纖維復(fù)合材料(AFRP)。其中常用于建筑強(qiáng)固、管道補(bǔ)強(qiáng)的碳纖維材料主要是碳纖維布材料，它具有高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于普通鋼材10倍)、高彈模、延伸率小、質(zhì)輕的特點(diǎn)。對(duì)彎曲、剪切、扭曲等受力構(gòu)件加固效果十分明顯。工程實(shí)踐證明，利用碳纖維材料強(qiáng)固的方法比常規(guī)材料加固有著明顯優(yōu)勢(shì)：高強(qiáng)、高效；施工非常簡(jiǎn)便、施工周期短；施工質(zhì)量容易保證；超強(qiáng)的防水、防腐蝕的能力；耐腐蝕、抗老化、耐高溫、抗蠕變性能良好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在于解決上述懸空管道彎曲變形問題，而提出一種利用碳纖維材料管道強(qiáng)固和延壽的新型結(jié)構(gòu)裝置，此裝置可有效的改善管道不利區(qū)段的受力狀況，重排應(yīng)力分布，達(dá)到管道強(qiáng)固、延壽目的。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種應(yīng)用碳纖維材料管道強(qiáng)固和延壽的結(jié)構(gòu)裝置包括有底部碳纖維布、碳纖維中間肋條、碳纖維斜向加勁條、碳纖維環(huán)向箍圈。其中底部碳纖維布布置于管道彎曲變形的受拉一側(cè)(即下半圓周)，完成粘貼后的碳纖維布恰好包裹管道下部一半。碳纖維中間肋條成上表面有凹槽的長(zhǎng)條形，粘貼位于管道的正上方，通過碳纖維斜向加勁條連接到碳纖維布的兩端，碳纖維斜向加勁條具有預(yù)緊力的作用，使得碳纖維布與碳纖維中間肋條連接緊密。碳纖維布、碳纖 維中間肋條、碳纖維斜向加勁條與管道通過粘貼連接在一起。碳纖維環(huán)向箍圈最后安裝在碳纖維中間肋條的凹槽處。凹槽截面成長(zhǎng)方形，凹槽深度等于碳纖維斜向加勁條和碳纖維環(huán)向箍圈的厚度和，凹槽寬度等于碳纖維環(huán)向箍圈的寬度，其作用是防止碳纖維環(huán)向箍圈滑移。碳纖維環(huán)向箍圈半徑稍小于管道外徑，這種設(shè)計(jì)會(huì)使碳纖維環(huán)向箍圈具有預(yù)應(yīng)力，可以讓碳纖維布、碳纖維中間肋條與管道粘貼更緊密，也會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生拉力，從而優(yōu)化管道的受力。這種上下不對(duì)稱的布置會(huì)對(duì)管道整體性帶來不利影響，但從力學(xué)分析來看，這種碳纖維強(qiáng)固結(jié)構(gòu)從管材結(jié)構(gòu)(壁厚)；碳纖維自身的抗拉性能這兩方面優(yōu)化了管道整體的力學(xué)性能，可以忽略其不利影響。

本實(shí)用新型具有施工方便、施工周期短、不停輸、抗腐蝕、抗蠕變性好的眾多優(yōu)點(diǎn)，又具有施工成本低、環(huán)保、安全的優(yōu)勢(shì)。可作為管道彎曲修復(fù)和管道預(yù)加固的有效裝置，同時(shí)本實(shí)用新型可以在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)用，有別于“事后處理”傳統(tǒng)思想，將管道延壽強(qiáng)固的考慮延生到管道設(shè)計(jì)與施工階段，從源頭上對(duì)管道發(fā)生彎曲變形進(jìn)行治理，本碳纖維強(qiáng)固管道的實(shí)用新型可以作為地質(zhì)災(zāi)害作用下管道延壽和強(qiáng)固的源頭治理的裝置。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型采用的強(qiáng)固和延壽的結(jié)構(gòu)裝置安裝在管道上的頂視圖。

圖2是本實(shí)用新型采用的強(qiáng)固和延壽的結(jié)構(gòu)裝置安裝在管道上的橫剖面圖。

圖3是本實(shí)用新型采用的強(qiáng)固和延壽的結(jié)構(gòu)裝置安裝在管道上的縱剖面圖。

圖4是本實(shí)用新型裝置中碳纖維布和碳纖維斜向加勁條的布置圖。

圖中：1.管道(壁)，2.碳纖維中間肋條，3.碳纖維斜向加勁條，4.碳纖維布，5.碳纖維環(huán)向箍圈。6.碳纖維中間肋條凹槽

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-4對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)的闡述。

本實(shí)用新型一種應(yīng)用碳纖維材料管道強(qiáng)固和延壽的結(jié)構(gòu)裝置包括有碳纖維中間肋條2，碳纖維斜向加勁條3，碳纖維布4，和碳纖維環(huán)向箍圈5等部分。其中底部碳纖維布4布置于管道1彎曲變形的受拉一側(cè)(即下半圓周)，完成粘貼后的碳纖維布4恰好包裹管道1一半。碳纖維中間肋條2上表面有凹槽6的長(zhǎng)條形，粘貼位于管道1的正上方，通過碳纖維斜向加勁條3預(yù)制連接到碳纖維布4的兩端，碳纖維斜向加勁條3具有預(yù)緊力的作用，使得碳纖維布4與碳纖維中間肋條2連接緊密。碳纖維布4、碳纖維中間肋條2、碳纖維斜向加勁條3與管道1通過粘貼連接在一起。碳纖維環(huán)向箍圈5最后安裝在碳纖維中間肋條2的凹槽6處。凹槽6截面成長(zhǎng)方形，凹槽6深度等于碳纖維斜向加勁條3和碳纖維環(huán)向箍圈5的厚度和，凹槽6寬度等于碳纖維環(huán)向箍圈5的寬度，其作用是防止碳纖維環(huán)向箍圈5滑移。碳纖維環(huán)向箍圈 5半徑稍小于管道1外徑，這種設(shè)計(jì)會(huì)使碳纖維環(huán)向箍圈5具有預(yù)應(yīng)力，可以讓碳纖維布4、碳纖維中間肋條2與管道1粘貼更緊密，也會(huì)對(duì)管道1產(chǎn)生拉力，從而優(yōu)化管道1的受力。