一種耗能加勁鋼高分子夾層管及其制作工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于土木工程領域，涉及一種夾層鋼管及其制作工藝。應用于建筑工程、橋梁工程以及海洋工程領域中。
【背景技術】
[0002]目前，在土木工程的大跨度、超限、空間結構和海洋平臺中，都是由鋼管或鋼-混凝土復合管為基本單元構件組成的。鋼管構件容易發生整體穩定破壞，一旦鋼管構件發生破壞，會導致整個結構失效，從而影響結構的穩定性和安全性，為了預防上述情況的出現，傳統的做法是加大鋼管厚度來提高節點的穩定承載能力，該方法存在以下幾種缺陷:1、鋼管構件承載能力的提高使結構的剛度增大，且結構的延性降低；2、厚壁鋼管焊接的連接方式，帶來殘余應力的影響，而且隨著鋼管厚度或強度的加大，殘余應力峰值將增大，疲勞強度也會顯著下降；3、經濟性能較差。常用的做法是在鋼管中填充混凝土或砂漿等灌漿料，充分利用了兩種在工作過程中的相互作用來提高構件的剛度、極限承載力、穩定性能以及疲勞性能。然而，合成混凝土的原料均為不可再生的資源，嚴重違背了我國可持續性發展戰略；鋼-混凝土復合材料的結構自重大，鋼材與混凝土之間的剝離強度低，鋼與混凝土之間的相互約束作用有限，核心混凝土彈性模量和抗拉強度較鋼材低，變形能力小，容易發生破壞，不能有效分散荷載作用，動力性能差，易出現耐久性問題，維修和構件置換工作煩瑣且困難等；鋼-混凝土復合材料構件的穩定性能比鋼構件要提高不少，但是鋼-混凝土復合材料構件在復雜荷載環境作用下，仍容易出現側向彎曲失穩，且其耗能性能較差。
【發明內容】
[0003]為了克服已有鋼-混凝土復合材料構件的結構延性較低、抗疲勞性能較差、抗沖擊性能較差、穩定性較差、耐久性較差、承載力較弱的不足，本發明提供了一種結構延性較高、具有良好的抗疲勞性能、抗沖擊性能、穩定性、耐久性、承載力的耗能加勁鋼高分子夾層管及其制作工藝。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]一種耗能加勁鋼高分子夾層管，包括金屬外管、金屬內管、η塊加勁板、蓋板和芯材，η為整數且大于等于3，所述金屬外管同心設置于所述金屬內管內，所述加勁板的底部與所述金屬內管的外壁連接，所述加勁板的頂部與所述金屬外管的內壁連接，從橫截面上看，所述η塊加勁板等圓弧間隔地設置于所述金屬內管與所述金屬外管之間的圓環上，所述金屬內管和金屬外管的一端安裝所述蓋板，所述金屬內管、金屬外管、η塊加勁板以及蓋板之間形成一個一端開口一端封閉的開口腔體，所述開口腔體內填充所述芯材，所述芯材采用微珠-聚氨酯復合材料。
[0006]進一步，所述微珠-聚氨酯復合材料包括液態多元醇、異氰酸酯與直徑為1-1SOym的玻璃微珠或者陶瓷微珠，所述液態多元醇、異氰酸酯之間的體積比為:1:(0.5?1.5)，所述玻璃微珠或者陶瓷微珠、液態多元醇和異氰酸酯之間較大體積者之間的體積比為:1: (I?2.5)。
[0007]更進一步，所述加勁板上沿著軸向等間隔分布耗能孔洞。
[0008]所述耗能孔洞為關于雙形心軸對稱的規則形狀，形心長軸與加勁板正視面面內縱向對稱軸平行，形心短軸與加勁板正視面面內縱向對稱軸垂直。
[0009]所述耗能孔洞的中心應設置在加勁板長度方向的面對稱軸上。
[0010]所述耗能孔洞最大寬度取值范圍為加勁板寬度的1/3?2/3 ;所述耗能孔洞最大長度設置在耗能孔洞最大寬度I?2倍；所述耗能孔洞的邊緣棱角處平滑過渡；相鄰耗能孔洞邊緣之間的最小距離不小于耗能孔洞最大長度的1/2 ;加勁板兩端的耗能孔洞邊緣和加勁板兩端邊緣的最小距離不應小于耗能孔洞最大長度的1/2。
[0011 ] 所述金屬外管厚度為2mm?30mm，所述金屬內管厚度為2mm?16mm，且金屬內管的厚度小于等于金屬外管的厚度；金屬內管外徑大于等于金屬外管內徑的2/5，金屬內管外徑小于等于金屬外管內徑的4/5。
[0012]所述金屬外管和金屬內管截面為圓形、方形、橢圓形或多邊形。也可以是其他形狀。
[0013]一種耗能加勁鋼高分子夾層管的制作工藝，所述制作工藝包括如下步驟:
[0014]八、將η塊加勁板等圓弧間隔設置于金屬內管的環向上，η為整數且大于等于3;
[0015]B、將所述設置有η塊加勁板的金屬內管和金屬外管進行噴砂處理；
[0016]C、將所述金屬內管同心放置于金屬外管中，并將金屬內管和金屬外管的同端與蓋板連接；
[0017]D、將微珠-聚氨酯復合材料，并注入由金屬內管、金屬外管、η塊加勁板以及蓋板之間形成一個一端開口一端封閉的開口腔體衷，固化形成為芯材；
[0018]Ε、切除蓋板，打磨能加勁鋼一高分子夾層管的兩端，制得耗能加勁鋼高分子夾層管。
[0019]優選的，所述微珠-聚氨酯復合材料包括液態多元醇、異氰酸酯與直徑為1-1SOym的玻璃微珠或者陶瓷微珠，所述液態多元醇、異氰酸酯之間的體積比為:1:(0.5?1.5)，所述玻璃微珠或者陶瓷微珠、液態多元醇和異氰酸酯之間較大體積者之間的體積比為: (I?2.5)。
[0020]本發明的技術構思是:一種耗能加勁鋼高分子夾層管，“耗能加勁”在于在金屬內管四周等角度間隔焊制η塊縱向加勁肋，在這些加勁肋上均開有若干耗能孔洞；“夾層”在金屬外管、金屬內管和η塊加勁板之間形成的空腔中灌注微珠-聚氨酯材料。在鋼管中灌注微珠-聚氨酯，微珠-聚氨酯與鋼的剝離強度較高，微珠-聚氨酯在徑向、環向和長度方向均對鋼管有約束作用，鋼管對微珠-聚氨酯也有反約束作用，使聚氨酯處于三向受壓狀態，這樣可以大大提高耗能加勁鋼高分子夾層管的延性、穩定性能、承載能力和耗能能力等，延緩并減少金屬外管和金屬內管局部屈曲的出現，提高材料的利用率；焊制η塊縱向加勁肋可以配合微珠-聚氨酯材料一同增加金屬外管和金屬內管在外荷載作用下的整體性，提高了耗能加勁鋼高分子夾層管的抗彎、抗剪、抗拉、抗壓承載力和穩定性；η塊縱向加勁肋上開有若干的耗能孔洞，當耗能加勁鋼高分子夾層管在受到除均勻軸心面荷載的往復作用或者地震等動力荷載，內力傳至耗能孔洞截面時，由于突然出現截面削弱的情況，應力較非削弱截面要大很多，耗能孔洞邊緣金屬材料出現面內彈塑性變形并反復擠壓微珠-聚氨酯夾層，此時，耗能孔洞邊緣金屬和遭受到擠壓的微珠-聚氨酯材料共同參與耗能，進一步提高了耗能加勁鋼高分子夾層管耗能性能。
[0021]本發明的有益效果是:
[0022]1、本發明中的芯材采用具有高強度的微珠-聚氨酯材料，該材料具有相近的抗壓和抗拉承載能力、良好的延性率和抗腐蝕能力，并且其與鋼材具有很好的粘結性能，可以和鋼材一起進行有機工作，能有效耗散外界傳遞到結構內部的能量，具備良好的材料穩定性，在海洋、工業等復雜環境下具有很好的耐久性。
[0023]2、本發明管采用加勁夾層結構，由于開有耗能孔洞的加勁板和芯材的存在，可以更加有效地防止管發生屈曲破壞，有效地提高結構的抗壓、抗彎、抗剪承載力，抗疲勞性能，耗能性能，穩定性，安全性和耐久性能。
[0024]3、本發明中的材料密度低，在相同極限承載力情況下，較純鋼結構和鋼-混凝土組合結構的重量輕，減少建造時所需的材料用量，本發明為耗能加勁鋼高分子夾層管，內管可以方便各類設備與線路的布置。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的結構示意圖；