一种装配式双钢板混凝土组合管道及施工方法

阅读：评论：0

1.本发明属于输水管道技术领域，涉及抽水蓄能电站用的大型输水管道，特别涉及一种装配式双钢板混凝土组合管道及施工方法。

背景技术：

2.输水管道是抽水蓄能电站中完成上下水库抽水储能和放水发电的关键性构件，对抽水蓄能系统的正常运行至关重要。随着大兆瓦级抽水蓄能电站应用的必然趋势，对输水管道的性能也提出了更高的要求。
3.目前，抽水蓄能电站中输水管道以钢筋混凝土管道为主，钢筋混凝土管道刚度大、价格低廉、制造工艺成熟，但其存在自重大，内壁粗糙，容易产生环向裂缝等问题，并且施工周期过长，质量往往存在缺陷，导致钢筋混凝土管道的推广与应用受到极大制约。

技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种装配式双钢板混凝土组合管道及施工方法，以提高管道的整体刚度和抗裂能力，并提高施工效率。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种装配式双钢板混凝土组合管道，所述组合管道沿长度方向由若干预制管段组成，相邻各预制管段通过竖向节点连接；每个预制管段沿环向由多个双钢板混凝土管片单元组成，相邻双钢板混凝土管片单元通过环向节点连接；所述双钢板混凝土管片单元包括管片单元壳体和浇筑于管片单元壳体内的夹层混凝土；所述管片单元壳体由弧形外钢板、弧形内钢板和两侧的z形侧板焊接而成；所述弧形外钢板的径向截面长度小于弧形内钢板的径向截面长度。
7.在一个实施例中，所述夹层混凝土的浇筑方式为预制或现浇，且夹层混凝土为普通混凝土，再生混凝土、自密实混凝土，rpc或uhpc。
8.在一个实施例中，每个所述z形侧板由第一侧板、第二侧板和第三侧板焊接而成，且z形侧板的径向截面长度等于双钢板混凝土管片单元的厚度；其中，所述第一侧板与所述弧形内钢板连接，所述第三侧板与所述弧形外钢板连接，所述第二侧板连接所述第一侧板和第三侧板，在径向截面上形成z形。
9.在一个实施例中，所述第二侧板上设有径向的预埋螺栓组，每个所述预埋螺栓组由2个或4个高强螺栓构成，且各预埋螺栓组沿组合管道的长度方向等间距布置，沿长度方向，所述预埋螺栓组由位于两端的第一预埋螺栓组和位于中部的第二预埋螺栓组组成。
10.在一个实施例中，所述环向节点包括环向连接板、一字型肋板和第二安装螺母；通过所述环向连接板与所述第二预埋螺栓组连接环向相邻双钢板混凝土管片单元的第二侧板，并以第二安装螺母固定；所述一字型肋板沿环向焊接于环向连接板中间位置；
11.所述竖向节点包括竖向连接板、十字型肋板和第一安装螺母；通过所述竖向连接板所述与第一预埋螺栓组连接轴向相邻双钢板混凝土管片单元的第二侧板，并以第一安装
螺母固定；所述十字型肋板焊接于竖向连接板中间位置。
12.在一个实施例中，所述第二侧板的外侧设置有填充材料，所述填充材料将所述环向节点和竖向节点覆盖，且使得所述组合管道的外壁平滑，所述填充材料为高强灌浆料，uhpc或ecc。
13.在一个实施例中，所述弧形外钢板弧度小于弧形内钢板弧度，其弧度差依据z形侧板的预设置宽度确定；弧形外钢板的横截面长度与弧形内钢板的横截面长度的长度差依据填充材料的预设置宽度确定。
14.在一个实施例中，相邻所述双钢板混凝土管片单元沿环向焊接成双钢板混凝土管段，相邻管段沿长度方向焊接成双钢板混凝土管道，连接节点后浇填充材料。
15.本发明还提供了所述装配式双钢板混凝土组合管道的施工方法，包括：
16.1)加工z形侧板、弧形外钢板和弧形内钢板；
17.2)将z形侧板、弧形外钢板和弧形内钢板焊接成管片单元壳体，在管片单元壳体内浇筑夹层混凝土，完成双钢板混凝土管片单元加工；
18.3)将双钢板混凝土管片单元运输至现场，利用环向节点得到若干预制管段，沿长度方向通过竖向节点连接预制管段，得到双钢板混凝土组合管道。
19.在一个实施例中，所述z形侧板由第一侧板、第二侧板和第三侧板顺次焊接而成，所述第二侧板上沿长度方向安装预埋螺栓组，所述预埋螺栓组由位于两端的第一预埋螺栓组和位于中部的第二预埋螺栓组组成；
20.所述环向节点包括环向连接板，所述环向连接板上加工有对应第一预埋螺栓组位置的预留孔；
21.所述竖向节点包括竖向连接板，所述竖向连接板上加工对应第二预埋螺栓组位置的预留孔；
22.在现场，通过所述环向连接板和第二预埋螺栓组连接环向相邻双钢板混凝土管片单元的第二侧板，实现环向连接，通过所述竖向连接板和所述第一预埋螺栓组连接轴向相邻双钢板混凝土管片单元的第二侧板，实现轴向连接。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1)施工便捷
25.双钢板混凝土组合管道沿环向分片预制，沿长度方向分段预制，管片单元采用螺栓连接或焊接，安装便捷，连接可靠。弧形外钢板、弧形内钢板和z形侧板焊接成管片单元壳体，充当浇筑混凝土的模板，缩短施工周期，提高施工效率。全部构件均在工厂预制，现场装配，施工性能大为提高。
26.2)力学性能提升
27.双钢板混凝土组合管道采用钢板混凝土结构，提高管道的整体刚度和抗裂能力，内外钢板对夹层混凝土有约束效应，夹层混凝土可防止内外钢板发生屈曲。内外钢板焊接有栓钉，加强与混凝土协同工作能力。相比传统钢筋混凝土管道，管道内壁光滑，通水能力强，连接节点处采用螺栓连接或焊接，后浇高强灌浆料，提高节点防水性能。
28.3)造价低廉
29.双钢板混凝土组合管道充分发挥材料的强度，相比传统钢筋混凝土管道，管片壁厚更小，结构自重更轻，减少了材料用量，便于运输和吊装，降低了工程造价，具有良好的经
济效益。
30.总体来说，双钢板混凝土组合管道采用钢板混凝土结构，充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优点，提高管道的整体刚度和抗裂能力，钢板充当浇筑混凝土的模板，管道内壁光滑，通水能力强，管片单元采用螺栓连接或焊接，施工简便，连接可靠，所有部件均在工厂预制，现场装配，显著提高施工效率。
附图说明
31.图1是本发明的双钢板混凝土组合管道的整体示意图。
32.图2是本发明的双钢板混凝土组合管片单元的整体示意图。
33.图3是本发明的双钢板混凝土组合管片单元的内部构造图。
34.图4是本发明的环向节点的整体示意图。
35.图5是本发明的竖向节点的整体示意图。
36.图6是本发明的第二种双钢板混凝土组合管道连接方式的整体示意图。
37.图标：1-双钢板混凝土管片单元；2-环向节点；3-竖向节点；4-管片单元壳体；5-夹层混凝土；61-第一预埋螺栓组；62-第二预埋螺栓组；7-弧形外钢板；8-弧形内钢板；9-z形侧板；10-栓钉；11-第一侧板；12-第二侧板；13-第三侧板；14-环向连接板；15-一字型肋板；16-十字型肋板；171-第一安装螺母；172-第二安装螺母；18-竖向连接板；19-填充材料。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
42.如前所述，现有抽水蓄能电站中输水管道主要为钢筋混凝土管道，钢筋混凝土管道的自重较大，并且内壁粗糙，长期使用容易产生环向裂缝。同时，传统的钢筋混凝土管道施工周期较长，容易制约整个工程进度。
43.为此，本发明提供了一种装配式双钢板混凝土组合管道，如图1所示，其沿长度方向由若干预制管段依次连接组成，具体地，相邻各预制管段可通过竖向节点3连接。而每个预制管段沿环向由多个双钢板混凝土管片单元1则组成，具体地，相邻双钢板混凝土管片单
元1通过环向节点2连接。
44.双钢板混凝土管片单元1是本发明的基本单元构件，如图2和图3所示，其主要包括管片单元壳体4以及在管片单元壳体4内浇筑的夹层混凝土5。管片单元壳体4是由一块弧形外钢板7、一块弧形内钢板8和两块z形侧板9焊接组成的壳体结构。在该结构中，弧形外钢板7的径向截面长度小于弧形内钢板8的径向截面长度。也即，自内向外，管片单元壳体4的径向截面为“凸”字形。
45.本发明采用弧形外钢板7、弧形内钢板8和z形侧板9形成的管片单元壳体4包住夹层混凝土5，抑制了夹层混凝土5的开裂，防止弧形外钢板7和弧形内钢板8发生失稳。由于本发明采用了双钢板混凝土组合结构，因而能够充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优点，提高管道的整体刚度和抗裂能力，弧形外钢板7和弧形内钢板8充当浇筑混凝土的模板，管道内壁光滑，通水能力强，双钢板混凝土管片单元1采用螺栓连接或焊接，施工简便，连接可靠，并且所有部件均可在工厂预制，现场装配，显著提高施工效率，具有广阔的工程应用前景。本发明可广泛使用于抽水蓄能电站的建设，也可以拓展至其他领域，如石油、天然气等能源运输管道。
46.在本发明的实施例中，夹层混凝土5的浇筑方式可以为预制或现浇，且夹层混凝土5可以为普通混凝土，再生混凝土、自密实混凝土，rpc或uhpc，满足实际工程对于混凝土性能的不同需求，依据实际工程管道自重选择浇筑方式，提高运输效率。
47.在本发明的实施例中，每个z形侧板9由第一侧板11、第二侧板12和第三侧板13焊接而成，且z形侧板9的径向截面长度等于双钢板混凝土管片单元1的厚度。其中，第一侧板11与弧形内钢板8连接，第三侧板13与弧形外钢板7连接，第二侧板12连接第一侧板11和第三侧板13，在径向截面上形成z形。
48.本实施例中，第一侧板11和第三侧板13可以是沿径向的平直板，而第二侧板12则可以是沿环向设置的弧形板。z形侧板9的径向截面长度是指从第三侧板13的最外端到第一侧板11的最内端的距离。在本发明中，“内”“外”是以管道中心为参考的定义。由此，第一侧板11的最内端与弧形内钢板8的环向端部的外侧连接，第三侧板13的最外端则与弧形外钢板7的环向端部的内侧连接。采用z形侧板9，可使得弧形内钢板8拼接成圆形内壁，保证管道的抗渗抗漏性能，弧形外钢板7预留螺栓连接节点位置，z形侧板9连接内外钢板形成管片单元壳体，保证壳体共同受力。
49.在本发明的实施例中，第二侧板12上设有径向的预埋螺栓组，每个预埋螺栓组可由2个或4个高强螺栓构成，且各预埋螺栓组沿组合管道的长度方向等间距布置。为便于表述，在本实施例中，沿长度方向，将预埋螺栓组分为位于两端的第一预埋螺栓组61和位于两端第一预埋螺栓组61之间的第二预埋螺栓组62。
50.本实施例中，预埋螺栓组的主要作用是实现环向节点2、竖向节点3的具体连接构造。螺栓装配可在现场完成，其效率高，且施工便利。
51.在本发明的实施例中，环向节点2包括环向连接板14、一字型肋板15和第二安装螺母172。通过环向连接板14和第二预埋螺栓组62连接环向相邻双钢板混凝土管片单元1的第二侧板12，并以第二安装螺母172固定；一字型肋板15沿环向焊接于环向连接板14中间位置。
52.竖向节点3包括竖向连接板18、十字型肋板16和第一安装螺母171；通过竖向连接
板18和第一预埋螺栓组61连接轴向相邻双钢板混凝土管片单元1的第二侧板12，并以第一安装螺母171固定；十字型肋板16焊接于竖向连接板18中间位置。
53.在本发明的实施例中，第二侧板12的外侧设置有填充材料19，填充材料19将环向节点2和竖向节点3覆盖，且使得组合管道的外壁平滑，填充材料19为高强灌浆料，uhpc或ecc。
54.本实施例中，通过采用填充材料19，一方面可使组合管道的外壁平滑，另一方面可提高节点防水性能。
55.在本发明的实施例中，弧形外钢板7弧度小于弧形内钢板8弧度，其弧度差依据z形侧板9的预设置宽度确定；弧形外钢板7的横截面长度与弧形内钢板8的横截面长度的长度差依据填充材料19的预设置宽度确定。
56.在本发明的实施例中，弧形外钢板7内侧和弧形内钢板8外侧布置有栓钉10，栓钉10的布置方式可采用正方形布置或梅花形布置。
57.本实施例中，所布置的栓钉10可以使管片单元壳体4与夹层混凝土5连接更为紧密，从而提高了双钢板混凝土管片单元1的整体性和承载力。
58.在本发明的实施例中，双钢板混凝土管片单元1也可不设置第一预埋螺栓组61和第二预埋螺栓组62，相邻双钢板混凝土管片单元1沿环向直接焊接成双钢板混凝土管段，相邻管段沿长度方向直接焊接成双钢板混凝土管道，连接节点后浇填充材料19。
59.本发明装配式双钢板混凝土组合管道的施工方法，包括：
60.1，在第二侧板12上完成预留孔加工，拼焊成z形侧板9，并安装第一预埋螺栓组61和第二预埋螺栓组62；钢板卷弯成弧形外钢板7和弧形内钢板8，并在弧形外钢板7内侧和弧形内钢板8外侧焊接栓钉10；在环向连接板14和竖向连接板18上完成预留孔加工，并分别焊接十字型肋板16和一字型肋板15；
61.2，将z形侧板9、弧形外钢板7和弧形内钢板8焊接成管片单元壳体4，在管片单元壳体4内浇筑夹层混凝土5，完成双钢板混凝土管片单元1加工。
62.3，将双钢板混凝土管片单元1运输至现场，拼接环向节点2并后浇填充材料19得到双钢板混凝土管段，重复上述拼接操作得到若干双钢板混凝土管段，沿长度方向通过竖向节点3连接并后浇填充材料19，得到双钢板混凝土组合管道。
63.以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，所述组合管道沿长度方向由若干预制管段组成，相邻各预制管段通过竖向节点(3)连接；每个预制管段沿环向由多个双钢板混凝土管片单元(1)组成，相邻双钢板混凝土管片单元(1)通过环向节点(2)连接；所述双钢板混凝土管片单元(1)包括管片单元壳体(4)和浇筑于管片单元壳体(4)内的夹层混凝土(5)；所述管片单元壳体(4)由弧形外钢板(7)、弧形内钢板(8)和两侧的z形侧板(9)焊接而成；所述弧形外钢板(7)的径向截面长度小于弧形内钢板(8)的径向截面长度。2.根据权利要求1所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，所述夹层混凝土(5)的浇筑方式为预制或现浇，且夹层混凝土(5)为普通混凝土，再生混凝土、自密实混凝土，rpc或uhpc。3.根据权利要求2所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，每个所述z形侧板(9)由第一侧板(11)、第二侧板(12)和第三侧板(13)焊接而成，且z形侧板(9)的径向截面长度等于双钢板混凝土管片单元(1)的厚度；其中，所述第一侧板(11)与所述弧形内钢板(8)连接，所述第三侧板(13)与所述弧形外钢板(7)连接，所述第二侧板(12)连接所述第一侧板(11)和第三侧板(13)，在径向截面上形成z形。4.根据权利要求3所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，所述第二侧板(12)上设有径向的预埋螺栓组，每个所述预埋螺栓组由2个或4个高强螺栓构成，且各预埋螺栓组沿组合管道的长度方向等间距布置，沿长度方向，所述预埋螺栓组由位于两端的第一预埋螺栓组(61)和位于中部的第二预埋螺栓组(62)组成。5.根据权利要求4所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，所述环向节点(2)包括环向连接板(14)、一字型肋板(15)和第二安装螺母(172)；通过所述环向连接板(14)与所述第二预埋螺栓组(62)连接环向相邻双钢板混凝土管片单元(1)的第二侧板(12)，并以第二安装螺母(172)固定；所述一字型肋板(15)沿环向焊接于环向连接板(14)中间位置；所述竖向节点(3)包括竖向连接板(18)、十字型肋板(16)和第一安装螺母(171)；通过所述竖向连接板(18)所述与第一预埋螺栓组(61)连接轴向相邻双钢板混凝土管片单元(1)的第二侧板(12)，并以第一安装螺母(171)固定；所述十字型肋板(16)焊接于竖向连接板(18)中间位置。6.根据权利要求5所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，所述第二侧板(12)的外侧设置有填充材料(19)，所述填充材料(19)将所述环向节点(2)和竖向节点(3)覆盖，且使得所述组合管道的外壁平滑，所述填充材料(19)为高强灌浆料，uhpc或ecc。7.根据权利要求6所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，所述弧形外钢板(7)弧度小于弧形内钢板(8)弧度，其弧度差依据z形侧板(9)的预设置宽度确定；弧形外钢板(7)的横截面长度与弧形内钢板(8)的横截面长度的长度差依据填充材料(19)的预设置宽度确定。8.根据权利要求1所述装配式双钢板混凝土组合管道，其特征在于，相邻所述双钢板混凝土管片单元(1)沿环向焊接成双钢板混凝土管段，相邻管段沿长度方向焊接成双钢板混凝土管道，连接节点后浇填充材料(19)。9.一种权利要求1至8任一项所述装配式双钢板混凝土组合管道的施工方法，其特征在于，包括：1)加工z形侧板(9)、弧形外钢板(7)和弧形内钢板(8)；
2)将z形侧板(9)、弧形外钢板(7)和弧形内钢板(8)焊接成管片单元壳体(4)，在管片单元壳体(4)内浇筑夹层混凝土(5)，完成双钢板混凝土管片单元(1)加工；3)将双钢板混凝土管片单元(1)运输至现场，利用环向节点(2)得到若干预制管段，沿长度方向通过竖向节点(3)连接预制管段，得到双钢板混凝土组合管道。10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述z形侧板(9)由第一侧板(11)、第二侧板(12)和第三侧板(13)顺次焊接而成，所述第二侧板(12)上沿长度方向安装预埋螺栓组，所述预埋螺栓组由位于两端的第一预埋螺栓组(61)和位于中部的第二预埋螺栓组(62)组成；所述环向节点(2)包括环向连接板(14)，所述环向连接板(14)上加工有对应第一预埋螺栓组(61)位置的预留孔；所述竖向节点(3)包括竖向连接板(18)，所述竖向连接板(18)上加工对应第二预埋螺栓组(62)位置的预留孔；在现场，通过所述环向连接板(14)和第二预埋螺栓组(62)连接环向相邻双钢板混凝土管片单元(1)的第二侧板(12)，实现环向连接，通过所述竖向连接板(18)和所述第一预埋螺栓组(61)连接轴向相邻双钢板混凝土管片单元(1)的第二侧板(12)，实现轴向连接。

技术总结

本发明公开了一种装配式双钢板混凝土组合管道及施工方法，所述组合管道沿环向由多个双钢板混凝土管片单元组成，相邻的管片单元通过环向节点连接紧固，沿长度方向分段预制，相邻各段通过竖向节点连接紧固。所述双钢板混凝土管片单元包括管片单元壳体和浇筑于壳体内的夹层混凝土。所述管片单元壳体由弧形外钢板、弧形内钢板和Z形侧板焊接而成。所述Z形侧板设有预埋螺栓组。本发明采用双钢板混凝土组合结构，充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优点，提高管道的整体刚度和抗裂能力，钢板充当浇筑混凝土的模板，管道内壁光滑，通水能力强，管片单元采用螺栓连接或焊接，施工简便，连接可靠，具有广阔的工程应用前景。具有广阔的工程应用前景。具有广阔的工程应用前景。