一種大口徑給、排水管的制作方法
【專利摘要】所述大口徑給、排水管構(gòu)成如下：鋼筒(1)、混凝土層(2)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)和混凝土填充結(jié)構(gòu)(5)；所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)纏繞并焊接固定在鋼筒(1)外側(cè)；鋼筒(1)的內(nèi)側(cè)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)的外側(cè)均設(shè)置有混凝土層(2)，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)(5)位于在鋼筒(1)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)和混凝土層(2)之間的空隙中。本實(shí)用新型所述的大口徑給、排水管，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足剛度和強(qiáng)度的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，抗腐蝕效果好，經(jīng)久耐用，作過(guò)程簡(jiǎn)單，具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種大口徑給、排水管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及排水管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種大口徑給、排水管。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，越來(lái)越多的城市出現(xiàn)供水、排水困難。建設(shè)大規(guī)模輸水工程已經(jīng)刻不容緩，采用管道鋪設(shè)輸水管線是必須的選擇方案。目前，可供選擇的管線有鋼筒、混凝土管、鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力混凝土管。其中，管壁內(nèi)不配置鋼構(gòu)的混凝土管的最大公稱內(nèi)徑只有600_，只適合小供排量場(chǎng)合應(yīng)用，大規(guī)模輸水工程必須選擇其他幾種管道。選擇管道時(shí)考慮的主要因素有:安全可靠程度、建設(shè)及維護(hù)成本兩個(gè)方面。
[0003]鋼筒自重輕、剛度大，但成本高、易受環(huán)境腐蝕，后期維護(hù)費(fèi)用高。為降低工程造價(jià)，建設(shè)者當(dāng)前更多的是選用鋼和混凝土復(fù)合的管道。除了造價(jià)低外，兩種材料相互彌補(bǔ)了彼此的弱點(diǎn)，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，從而使鋼/混凝土復(fù)合管具有很高的承載能力，一般都高于組成管道的鋼和混凝土單獨(dú)承載力之和。另外，由于混凝土自身的堿性可以使得鋼表面發(fā)生鈍化，大大提高了混凝土中鋼的耐腐蝕性。
[0004]但是，目前已有制作和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的鋼構(gòu)混凝土管又存在著不足，制約著應(yīng)用。目前鋼構(gòu)混凝土管中的鋼材大都采用高強(qiáng)度鋼，目的是提高承載能力以及降低自重。如《頂管用鋼筋混凝土管標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的螺紋鋼筋應(yīng)滿足《JC/T540》，規(guī)定所用螺紋鋼最低屈服強(qiáng)度為550MPa。而預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCCP)中的冷拔鋼絲的屈服強(qiáng)度一般在1550MPa以上，按照國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)用材料力學(xué)性能——強(qiáng)度來(lái)分類，這類鋼構(gòu)屬于高強(qiáng)鋼(270——700MPa)和超高強(qiáng)鋼(>700MPa)。實(shí)踐表明，這類鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感。應(yīng)力腐蝕開裂是材料在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用下引起的開裂，這是應(yīng)力與腐蝕聯(lián)合作用的結(jié)果。如果只有一個(gè)方面，應(yīng)力或者介質(zhì)作用，開裂破壞不會(huì)發(fā)生，但當(dāng)二者聯(lián)合作用時(shí)，卻能很快發(fā)生開裂。因此，發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂時(shí)，應(yīng)力可能是很低的，介質(zhì)的腐蝕性可能也是很弱的，也正由于如此，應(yīng)力腐蝕開裂經(jīng)常受到忽視，導(dǎo)致意外事故不斷發(fā)生。普通碳鋼通常在特定的工業(yè)環(huán)境中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，而高強(qiáng)鋼則在自然環(huán)境中、如雨水、海水中即可發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。另外，由于近代工業(yè)的發(fā)展，材料工作環(huán)境越來(lái)越苛刻，應(yīng)力腐蝕問題也日益突出。
[0005]以目前標(biāo)準(zhǔn)制作的、采用高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的混凝土管在其混凝土逐步失效的情況下，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)不斷增加。而現(xiàn)階段對(duì)大規(guī)模輸運(yùn)工程、如輸水管線的耐久性要求也較以往有很大提高，從20-30年提高至50-100年，因此，亟需發(fā)展耐久性更好的管材以滿足要求。
[0006]人們迫切希望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)良的大口徑給、排水管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是提供一種技術(shù)效果優(yōu)良的大口徑給、排水管。
[0008]本實(shí)用新型所述大口徑給、排水管構(gòu)成如下:鋼筒1、混凝土層2、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土填充結(jié)構(gòu)5 ;所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3纏繞并焊接固定在鋼筒I外側(cè)；鋼筒I的內(nèi)側(cè)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的外側(cè)均設(shè)置有混凝土層2，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)5位于在鋼筒1、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土層2之間的空隙中。
[0009]所述混凝土層2的外側(cè)設(shè)置有防腐層。
[0010]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3具體為波浪形、U形、V形鋼帶。
[0011]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3厚度為I?5臟，高度為20mm?150臟。在滿足剛性和硬度的同時(shí)節(jié)省原材料，同時(shí)降低重量。
[0012]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3與鋼筒I徑向夾角5°?90° ;所述夾角即:增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在鋼筒I上的焊接線與該點(diǎn)在鋼筒I徑向平面內(nèi)切線的夾角；如將鋼筒I展開，為焊接線與徑向的夾角Θ，在90時(shí)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3沿著鋼筒I軸向方向纏繞。
[0013]增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3取決于設(shè)計(jì)強(qiáng)度、制作成本。最少為I條，此時(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3至少完成I個(gè)圓周。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的高度，取決于設(shè)計(jì)強(qiáng)度、制作成本。增加增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3高度可以有效增加受力強(qiáng)度，需要增加成本。
[0014]所述鋼筒I的外表面通過(guò)噴砂打毛等方式制成不光滑表面，這樣做的目的是有效增加混凝土的結(jié)合力。
[0015]所述鋼筒I上還開設(shè)有孔結(jié)構(gòu)4，使得混凝土層2和混凝土填充結(jié)構(gòu)5連接，連接點(diǎn)對(duì)外層混凝土起到錨固作用。增加混凝土層2、混凝土填充結(jié)構(gòu)5與鋼筒I的結(jié)合強(qiáng)度。
[0016]所述鋼筒I可以為圓筒，也可以為方筒，方筒適合對(duì)管道穩(wěn)定性要求較高的環(huán)境，如架空管等。
[0017]所述鋼筒I和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3均采用普通碳鋼。普通碳鋼耐腐蝕性好，且成本低。避免了采用高強(qiáng)度鋼所帶來(lái)的價(jià)格高，對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感的問題。
[0018]所述混凝土層2和混凝土填充結(jié)構(gòu)5為免振搗自密實(shí)混凝土，是高性能混凝土的一種，其最主要的性質(zhì)是能夠在自重下不用振搗，自行填充模板內(nèi)的空間，形成密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。此外它還具有良好的力學(xué)性能與耐久性能，這是一種從混凝土拌合物開始直至硬化后的使用期都被全面考慮的高性能混凝土，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:提高混凝土的密實(shí)性和耐久性，避免漏振、過(guò)振等施工中的人為因素以及配筋密集、結(jié)構(gòu)形成復(fù)雜等不利條件對(duì)施工質(zhì)量的影響；降低作業(yè)強(qiáng)度，節(jié)省勞力、振搗機(jī)具和電能消耗；可消除振搗噪聲，改善環(huán)境，緩解施工擾民的矛盾；簡(jiǎn)化工序，縮短工期，提高效率。
[0019]免振搗自密實(shí)混凝土，按照相關(guān)免振搗自密實(shí)混凝土配制及施工的規(guī)范要求，采用坍落度250mm,擴(kuò)展度600mm,中邊差25mm,流下時(shí)間6-16S,四項(xiàng)指標(biāo)是可行的,有良好的粘聚性、流動(dòng)性和保水性，使混凝土自密實(shí)。
[0020]所述大口徑給、排水管的重量與雙層鋼絲的PCCP管接近，高于單層鋼絲PCCP管約2%。遠(yuǎn)低于頂進(jìn)法用的鋼筋混凝土管，重量下降約30%，這對(duì)于頂管施工而言會(huì)降低運(yùn)輸和施工成本。當(dāng)然，各類鋼構(gòu)混凝土管的重量遠(yuǎn)高于鋼管。
[0021]從經(jīng)濟(jì)性比較，按照2013年四季度的市場(chǎng)價(jià)格，包含加工成本，對(duì)比包括鋼管在內(nèi)的各類管材。從中看出，鋼管的價(jià)格遠(yuǎn)高于鋼混結(jié)構(gòu)管，高一倍以上。而在鋼混結(jié)構(gòu)管中，頂進(jìn)法施工的鋼筋混凝土成本最高，如采用本實(shí)用新型所述大口徑給、排水管，成本將下降30%左右，較雙層鋼絲PCCP管低12%左右，比單層鋼絲PCCP管高3%左右。
[0022]本實(shí)用新型所述的大口徑給、排水管，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足剛度和強(qiáng)度的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，抗腐蝕效果好，經(jīng)久耐用，作過(guò)程簡(jiǎn)單，具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為大口徑給、排水管整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)與鋼筒結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖3為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)與鋼筒徑向夾角示意圖；
[0026]圖4為鋼筒不光滑表面不意圖；
[0027]圖5為鋼筒上的孔結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029]本實(shí)施例所述大口徑給、排水管構(gòu)成如下:鋼筒1、混凝土層2、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土填充結(jié)構(gòu)5 ;所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3纏繞并焊接固定在鋼筒I外側(cè)；鋼筒I的內(nèi)側(cè)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的外側(cè)均設(shè)置有混凝土層2，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)5位于在鋼筒1、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土層2之間的空隙中。
[0030]所述混凝土層2的外側(cè)設(shè)置有防腐層。
[0031]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3具體為波浪形、U形、V形鋼帶。
[0032]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3厚度為I?5臟，高度為20mm?150臟。在滿足剛性和硬度的同時(shí)節(jié)省原材料，同時(shí)降低重量。
[0033]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3與鋼筒I徑向夾角5°?90° ;所述夾角即:增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在鋼筒I上的焊接線與該點(diǎn)在鋼筒I徑向平面內(nèi)切線的夾角；如將鋼筒I展開，為焊接線與徑向的夾角Θ，在90時(shí)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3沿鋼筒I軸向方向。
[0034]增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3取決于設(shè)計(jì)強(qiáng)度、制作成本。最少為I條，此時(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3至少完成I個(gè)圓周。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的高度，取決于設(shè)計(jì)強(qiáng)度、制作成本。增加增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3高度可以有效增加受力強(qiáng)度，需要增加成本。
[0035]所述鋼筒I的外表面通過(guò)噴砂打毛等方式制成不光滑表面，這樣做的目的是有效增加混凝土的結(jié)合力。
[0036]所述鋼筒I上還開設(shè)有孔結(jié)構(gòu)4，使得混凝土層2和混凝土填充結(jié)構(gòu)5連接，連接點(diǎn)對(duì)外層混凝土起到錨固作用。增加混凝土層2、混凝土填充結(jié)構(gòu)5與鋼筒I的結(jié)合強(qiáng)度。
[0037]所述鋼筒I可以為圓筒，也可以為方筒，方筒適合對(duì)管道穩(wěn)定性要求較高的環(huán)境，如架空管等。
[0038]所述鋼筒I和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3均采用普通碳鋼。普通碳鋼耐腐蝕性好，且成本低。避免了采用高強(qiáng)度鋼所帶來(lái)的價(jià)格高，對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感的問題。
[0039]所述混凝土層2和混凝土填充結(jié)構(gòu)5為免振搗自密實(shí)混凝土，是高性能混凝土的一種，其最主要的性質(zhì)是能夠在自重下不用振搗，自行填充模板內(nèi)的空間，形成密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。此外它還具有良好的力學(xué)性能與耐久性能，這是一種從混凝土拌合物開始直至硬化后的使用期都被全面考慮的高性能混凝土，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:提高混凝土的密實(shí)性和耐久性，避免漏振、過(guò)振等施工中的人為因素以及配筋密集、結(jié)構(gòu)形成復(fù)雜等不利條件對(duì)施工質(zhì)量的影響；降低作業(yè)強(qiáng)度，節(jié)省勞力、振搗機(jī)具和電能消耗；可消除振搗噪聲，改善環(huán)境，緩解施工擾民的矛盾；簡(jiǎn)化工序，縮短工期，提高效率。
[0040]免振搗自密實(shí)混凝土，按照相關(guān)免振搗自密實(shí)混凝土配制及施工的規(guī)范要求，采用坍落度250mm,擴(kuò)展度600mm,中邊差25mm,流下時(shí)間6-16S,四項(xiàng)指標(biāo)是可行的,有良好的粘聚性、流動(dòng)性和保水性，使混凝土自密實(shí)。
[0041]所述大口徑給、排水管的重量與雙層鋼絲的PCCP管接近，高于單層鋼絲PCCP管約2%。遠(yuǎn)低于頂進(jìn)法用的鋼筋混凝土管，重量下降約30%，這對(duì)于頂管施工而言會(huì)降低運(yùn)輸和施工成本。當(dāng)然，各類鋼構(gòu)混凝土管的重量遠(yuǎn)高于鋼管。
[0042]從經(jīng)濟(jì)性比較，按照2013年四季度的市場(chǎng)價(jià)格，包含加工成本，對(duì)比包括鋼管在內(nèi)的各類管材。從中看出，鋼管的價(jià)格遠(yuǎn)高于鋼混結(jié)構(gòu)管，高一倍以上。而在鋼混結(jié)構(gòu)管中，頂進(jìn)法施工的鋼筋混凝土成本最高，如采用本實(shí)用新型所述大口徑給、排水管，成本將下降30%左右，較雙層鋼絲PCCP管低12%左右，比單層鋼絲PCCP管高3%左右。
[0043]本實(shí)施例所述的大口徑給、排水管，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足剛度和強(qiáng)度的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，抗腐蝕效果好，經(jīng)久耐用，作過(guò)程簡(jiǎn)單，具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0044]實(shí)施例2
[0045]本實(shí)施例所述大口徑給、排水管構(gòu)成如下:鋼筒1、混凝土層2、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土填充結(jié)構(gòu)5 ;所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3纏繞并焊接固定在鋼筒I外側(cè)；鋼筒I的內(nèi)側(cè)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的外側(cè)均設(shè)置有混凝土層2，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)5位于在鋼筒1、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土層2之間的空隙中。
[0046]所述鋼筒I和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3采用按美國(guó)ANSI/AWWA C301標(biāo)準(zhǔn)和頒布的國(guó)標(biāo)要求應(yīng)為:屈服大于195Mpa的冷軋薄鋼板或屈服大于205Mpa熱軋薄鋼板。
[0047]所述混凝土層2和混凝土填充結(jié)構(gòu)5采用C40以上的免振搗自密實(shí)混凝土。
[0048]所述鋼筒I的直徑為3000mm，鋼筒I厚度為2mm，鋼筒I外的混凝土層2厚度為50mm,鋼筒I內(nèi)的混凝土層2厚度為50mm,所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的高度為120mm,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的厚度為2mm，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3與鋼筒I徑向夾角30?45°。
[0049]實(shí)施例3
[0050]本實(shí)施例所述大口徑給、排水管構(gòu)成如下:鋼筒1、混凝土層2、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土填充結(jié)構(gòu)5 ;所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3纏繞并焊接固定在鋼筒I外側(cè)；鋼筒I的內(nèi)側(cè)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3的外側(cè)均設(shè)置有混凝土層2，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)5位于在鋼筒1、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3和混凝土層2之間的空隙中。
[0051]所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)3與鋼筒I徑向夾角50?90°。
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述大口徑給、排水管構(gòu)成如下:鋼筒(I)、混凝土層(2)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)和混凝土填充結(jié)構(gòu)(5);所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)纏繞并焊接固定在鋼筒(I)外側(cè)；鋼筒(I)的內(nèi)側(cè)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)的外側(cè)均設(shè)置有混凝土層(2)，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)(5)位于在鋼筒(I)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)和混凝土層(2)之間的空隙中。
2.按照權(quán)利要求1所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)具體為波浪形、U形、V形鋼帶。
3.按照權(quán)利要求1所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)與鋼筒(I)徑向夾角5°?90°。
4.按照權(quán)利要求2所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)與鋼筒(I)徑向夾角5°?90°。
5.按照權(quán)利要求1?4之一所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼筒(I)的外表面為不光滑表面。
6.按照權(quán)利要求1?4之一所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼筒(I)上設(shè)置有通孔結(jié)構(gòu)(4)。
7.按照權(quán)利要求5所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼筒(I)上設(shè)置有通孔結(jié)構(gòu)⑷。
8.按照權(quán)利要求6所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)厚度為I?5mm,高度為 20mm ?1 SOmnin
9.按照權(quán)利要求7所述大口徑給、排水管，其特征在于:所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(3)厚度為I?5mm,高度為 20mm ?1 SOmnin
【文檔編號(hào)】F16L9/153GK204004850SQ201420316765
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】李京, 魏英華, 黃志強(qiáng), 鮑文博, 姚大立, 呂晨曦, 劉陽(yáng), 趙國(guó)強(qiáng), 史杰智, 李曉東, 陸衛(wèi)中, 高英 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所