帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管道及其制作方法，尤其涉及一種帶螺旋加強環(huán)的鋼一混凝土組合結構管道及其制造方法。
【背景技術】
[0002]目前，在管道工程中，常用的管道有水泥管、塑料管、普通碳素鋼管、不銹鋼管和鍍鋅鋼管等等。較大口徑的水泥管有方形管和圓形管，是用水泥跟鋼筋進行預制或現場澆注，工程總體造價高，易泄漏，易開裂，耐內壓能力差；每節(jié)管長度不長，接頭多，施工困難；施工時要先做基礎，施工成本較高。塑料管是以塑料樹脂為原料，加入穩(wěn)定劑及其它添加劑，在制管機內經擠壓加工而成，質量輕；加工方便，但是口徑不大；機械強度低、抗破壞性能差、不耐磨損、不耐火，作為空間結構管時達不到消防要求。普通碳素鋼管口徑不能做的太大，一般只能達到2.5米，國家標準的最大直徑是2.4米，大口徑時管壁大大增厚，成本高。
[0003]現有的帶螺旋加強環(huán)的鋼管存在以下缺點:①、管體與加強環(huán)是兩個單獨的部件，通過焊縫連接為一體，在加強環(huán)受力時，焊縫是應力集中區(qū)，有開裂隱患；?、在卷圓彎曲過程中，由于焊縫處于加工變形區(qū)的外側，焊縫受拉伸，變形大，極易開裂；③、管體如果長期受動載荷，如地鐵、車輛等，焊縫極易因動載疲勞而開裂；④、鑒于本類管體結構是半柔性結構物，特別是大直徑管體時，對管土共同受力效應(即管體與周圍的回填土協同變形)的依賴較大，管體自身的剛度不夠，易產生較大的變形。
[0004]因此，亟待解決上述技術難題。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的第一目的是提供一種高強度、較好適應設備動載荷的帶螺旋加強環(huán)的鋼一混凝土組合結構管道。
[0006]本發(fā)明的第二目的是提供該鋼管的制作方法。
[0007]技術方案:本發(fā)明所述的帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道，包括管體，該管體表面向外延伸形成沿管體外壁螺旋設置的凸筋，該凸筋與管體形成凹槽，并設有用于封堵該凹槽槽口的封堵鋼帶，凸筋和封堵鋼帶之間形成空心的加強環(huán)，并在該加強環(huán)內填充混凝土。
[0008]其中，封堵鋼帶的截面為一字型、槽型或口字型。
[0009]本發(fā)明中槽型或口字型封堵鋼帶的底部與管體內壁凹槽槽口位置齊平，形成外壁帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道。
[0010]本發(fā)明中槽型或口字型封堵鋼帶的底部還可以突出管體內壁凹槽的槽口位置，形成內外壁帶雙螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道。
[0011]其中，優(yōu)選地封堵鋼帶的至少一側與凹槽槽口位置焊接。
[0012]本發(fā)明中凸筋的截面為Ω形、槽型、波浪形、拋物線形、方形或梯形。
[0013]本發(fā)明的管體由一面具有凸筋、另一面對應形成凹槽的主鋼帶，以及用于封堵該凹槽槽口的封堵鋼帶共同螺旋繞制而成。
[0014]本發(fā)明帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道的制作方法，包括如下步驟:
[0015](I)預備主鋼帶和封堵鋼帶；
[0016](2)所述主鋼帶具有第一對邊和第二對邊，將主鋼帶彎折成帶凸筋的鋼帶，該凸筋沿主鋼帶的第一對邊間隔設置，且與第二對邊的長度一致，并與主鋼帶形成凹槽；
[0017](3)將封堵鋼帶貼合于主鋼帶凹槽的槽口處，以形成復合型鋼帶，同時，所述凸筋和封堵鋼帶之間形成空心的加強環(huán)；
[0018](4)將該復合型鋼帶螺旋卷制形成帶螺旋加強環(huán)的管體；
[0019](5)將管體切割成段并對其鋼管兩端層間縫隙進行封焊；
[0020](6)向加強環(huán)內填充混凝土。
[0021]其中步驟(3)中，封堵鋼帶與主鋼帶貼合后，采用氣體保護焊進行焊接；在步驟
(4)中，對復合型鋼帶在螺旋卷制過程中自身形成的焊縫進行焊接。
[0022]發(fā)明原理:本發(fā)明巧妙的利用了管土共同受力原理和混凝土鋼管工作原理。管土共同受力原理是管道在埋置后，管道上部的荷載不是靠管道的剛性來承受的，而是靠管道與土石相互之間受力，相互作用，就形成了管土共同受力作用，垂直向下的荷載就會轉化為管體管壁子午向的內壓力。而混凝土鋼管工作原理是在空心的鋼管內充填混凝土，利用混凝土的承壓能力和鋼管對混凝土的包圍作用，使鋼管的豎向承壓能力增加的結構構件。首先，利用石拱橋原理，將管體螺旋卷繞成圓柱狀管體。在管體周向回填土石之后，土石與管體之間相互受力，并將管體結構穩(wěn)定，管土共同受力效應形成，此時，管體上部垂直向下的動荷載與靜荷載就轉化為管體管壁內部周向內壓力。這就要求管體管壁有很強的抗周向內壓的能力，那么管壁的縱向截面就必須有較大的慣性矩，凸筋的存在成幾何倍數的加大了這個慣性矩。而在空心腔體內澆滿混凝土后，混凝土與包圍它的鋼板形成了混凝土鋼管。根據混凝土鋼管理論，混凝土鋼管式組合結構，注滿混凝土的鋼管中，混凝土代替管壁承受軸向壓力，使該組合結構承受軸向壓力的能力成倍數提高。這個組合結構是對凸筋承壓能力的再次加強和提高，確保管壁在承壓時不會壁面失穩(wěn)和彎曲變形，同時，還可以將管壁的鋼板減薄使用，節(jié)省材料。此外本發(fā)明管道由凸筋與管體一體成型，兩者之間不存在焊縫，不存在應力集中區(qū)，無開裂隱患；同時鋼管剛度得到提高，在管土共同受力效應(即管體與周圍的回填土協同變形)中不易產生較大變形，可以很好的承受由外界的振動而引起的動載荷，如地鐵、車輛等；在上述原理的支持下帶螺旋加強環(huán)的鋼一混凝土組合結構管道就具備了優(yōu)良的性能。
[0023]有益效果:與現有技術相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點:管道通過加強環(huán)增強了整體的環(huán)向強度；通過加強環(huán)與管體內壁之間填充的混凝土進一步提高管體抗壓強度；管體與加強環(huán)是一體成型結構，兩者之間無焊縫，減少應力集中點，卷圓彎曲過程中變形小，管道不易開裂，較高強度與剛度，可以解決因地基變形導致的管道破壞；管道內外壁帶雙加強環(huán)進一步增加了管壁的壁慣性矩，增強了管道的整體結構強度；雙加強環(huán)的設置還可以保證當焊縫由于外力作用而發(fā)生部分開裂時，未開裂的加強環(huán)仍可以起到加強作用；本發(fā)明管道可長期承受動載荷，解決了在地下共用管道工程、地下綜合管廊、地鐵以及地下通行道路中能使用大尺寸鋼結構產品的難題；同時，本發(fā)明方法容易操作、施工簡便、縮短工期、降低成本。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明二種鋼帶在生產線上的排列位置示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明成型后主鋼帶的結構示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明成型后主鋼帶和一字型封堵鋼帶在生產線上的排列位置示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明成型后主鋼帶和短槽型封堵鋼帶在生產線上的排列位置示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明成型后主鋼帶和長槽型封堵鋼帶在生產線上的排列位置示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明成型后主鋼帶和口字型封堵鋼帶在生產線上的排列位置示意圖；
[0030]圖7為本發(fā)明成型后主鋼帶和一字型封堵鋼帶貼合后形成復合鋼帶的剖視圖；
[0031]圖8為本發(fā)明成型后主鋼帶和短槽型封堵鋼帶貼合后形成復合鋼帶的剖視圖；
[0032]圖9為本發(fā)明成型后主鋼帶和長槽型封堵鋼帶貼合后形成復合鋼帶的剖視圖；
[0033]圖10為本發(fā)明成型后主鋼帶和口字型封堵鋼帶貼合后形成復合鋼帶的剖視圖；
[0034]圖11為本發(fā)明利用圖6-8中的復合型鋼帶螺旋卷繞成鋼管的示意圖；
[0035]圖12為本發(fā)明中圖10卷繞形成的螺旋鋼管的立體圖；
[0036]圖13為本發(fā)明復合型鋼帶在螺旋卷制過程中自身形成的焊縫的剖視圖；
[0037]圖14為本發(fā)明管體切割成段后鋼管兩端層間縫隙的結構示意圖；
[0038]圖15為本發(fā)明將圖6中復合鋼帶卷繞后形成鋼管的半剖視圖；
[0039]圖16為本發(fā)明將圖7中復合鋼帶卷繞后形成鋼管的半剖視圖；
[0040]圖17為本發(fā)明將圖8中復合鋼帶卷繞后形成鋼管的半剖視圖；
[0041]圖18為本發(fā)明將圖9中復合鋼帶卷繞后形成鋼管的半剖視圖；
[0042]圖19為本發(fā)明在圖14中鋼管的空心加強環(huán)內填充混凝土后的剖視圖；
[0043]圖20為本發(fā)明在圖15中鋼管的空心加強環(huán)內填充混凝土后的剖視圖；
[0044]圖21為本發(fā)明在圖16中鋼管的空心加強環(huán)內填充混凝土后的剖視圖；
[0045]圖22為本發(fā)明在圖17中鋼管的空心加強環(huán)內填充混凝土后的剖視圖；
[0046]圖23為本發(fā)明用一字型封堵鋼帶制作的帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道的半剖視圖；
[0047]圖24為本發(fā)明用短槽型封堵鋼帶制作的帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道的半剖視圖；
[0048]圖25為本發(fā)明用長槽型封堵鋼帶制作的帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道的半剖視圖；
[0049]圖26為本發(fā)明用口字型封堵鋼帶制作的帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道的半剖視圖。
【具體實施方式】
[0050]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。
[0051]本發(fā)明的帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道，包括管體100，該管體100表面向外延伸形成沿管體100的外壁螺旋設置的凸筋102，同時凸筋102的截面為Ω形、槽型、波浪形、拋物線形、方形或梯形等類似形狀，該凸筋102可以是一排，也可以是多排并以螺旋方式卷繞于管體外壁；該管體100與凸筋102形成凹槽103，同時管體內壁設有用于封堵該凹槽103槽口的封堵鋼帶200，該封堵鋼帶200的截面為一字型、槽型或口字型等類似形狀，封堵鋼帶200的兩側均與凹槽103槽口位置焊接，封堵住該槽口，還可以只將封堵鋼帶200的一側與凹槽103槽口位置焊接，另一側保持自由端，允許軸向變形。
[0052]帶一字型封堵鋼帶的管道，管體外壁帶凸起結構，管體內壁光滑且沒有凸出結構，這類管道可用于走水通道等。
[0053]槽型或口字型封堵鋼帶的底部201與管體內壁凹槽103槽口位置齊平，形成外壁帶螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道，其內壁光滑、無凸起結構，這類管道可用于走水通道等。
[0054]槽型或口字型封堵鋼帶的底部201突出管體內壁凹槽103的槽口位置，形成內外壁均帶雙螺旋加強環(huán)的鋼-混凝土組合結構管道，這類管體適用于火車、地鐵等通道，而凸出結構可作為枕木。
[0055]凸筋102和封堵鋼帶200之間形成空心的加強環(huán)300，并在該加強環(huán)300內填充混凝土400。因為混凝土參與承受壓力，本發(fā)明的鋼管的周向承壓能力約比普通的鋼管增加數倍。
[0056]管體100由一面具有凸筋102、另一面對應形成凹槽103的主鋼帶101，以及用于封堵該凹槽103槽口的封堵鋼帶200共同螺旋繞制而