地下鋼混結構管道及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管道及其制作方法，尤其涉及一種內壁帶螺旋凸筋的地下鋼混結構管道及其制作方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著城市軌道交通、通訊以及電力等的快速發展，地下管溝、通道的需求越來越多。傳統的地下共用管道大多采用明挖基坑的方法施工，基坑挖完后澆注混凝土，達到使用要求后安裝內部管線，通常管道截面為矩形或圓形。大型的管道或通道一般均以預制拼裝、人力皇建、石砌或現場水泥澆注等方式建造。鋼筋混凝土結構物接縫多，存在易滲漏及開裂的難題，并且鋼筋混凝土這種結構物，自身很重，地基要求高，施工周期長，工程造價高，在施工時管道上部結構物必須全部清除，額外的征地及賠償費用也相當高昂。還有一種結構是盾構結構物，盾構法施工在不擾動管道上部結構物甚至可以穿過高層建筑區而不擾動地面建筑物。盾構法施工是一邊控制開挖面及周圍土體不發生坍塌失穩，一邊進行隧道掘進、出渣、在機內拼裝管片形成襯砌以及壁后注漿，完全不擾動周圍的土體。盾構結構中，管片襯砌為混凝土板片，都是依靠自身的強度及剛度來抵抗管道的環向應力，因此在埋地較深的工程中就需要大大增加混凝土的厚度來提高管道的強度，且管道直徑越大工程量越大，施工操作越復雜，技術標準越高，使用鋼材和混凝土量越大，成本大大增加。
[0003]本申請人曾申請過一件申請號為201410541898.3、名稱為“一種內壁帶螺旋復合加強環的地下鋼混結構管道及其制作方法”的發明專利，其在管體內壁上螺旋設置加強環，并在加強環內填充混凝土，管體與加強環可以分別制作，然后焊接而成。現有技術存在如下缺陷:①、管體與加強環是兩個單獨的部件，通過焊接連接為一體，在加強環受力時，焊縫是應力集中區，存在開裂隱患、在卷圓彎曲過程中，由于焊縫處于加工變形區的外側，焊縫受拉伸，變形大，極易開裂、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、鑒于此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時，易產生較大的變形。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明的第一目的是提供一種高強度、高承壓能力、較好適應設備動載荷的地下鋼混復合式結構管道。
[0005]本發明的第二目的是提供該管道的制作方法。
[0006]技術方案:本發明所述的管道，包括管體，該管體表面向內延伸形成沿管體內壁螺旋設置的凸筋，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，所述凸筋和封堵鋼帶之間形成空心腔體，然后向空心腔體內填充混凝土以形成螺旋形混凝土通道。
[0007]其中，凸筋的截面為Ω形、槽型、波浪形、拋物線形、方形或梯形。封堵鋼帶的截面為一字型、槽型或口字型。同時，封堵鋼帶上可以設有混凝土溢出孔，由此形成螺旋形的混凝土流動通道。
[0008]本發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。
[0009]封堵鋼帶的至少一端與管體的凹槽槽口位置焊接，其中，封堵鋼帶一端焊接，另一自由端是為了保留后續彎曲的變形量。
[0010]另外，本發明中的管體、主鋼帶以及封堵鋼帶的材質可以是碳鋼、不銹鋼或其它材質；本發明管體的截面可以為圓形或近似矩形。
[0011 ] 可以向空心腔體內穿設預應力鋼筋，提高管體強度。
[0012]本發明所述地下鋼混結構管道的制作方法，包括如下步驟:
[0013]A、預備主鋼帶和封堵鋼帶；
[0014]B、該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；
[0015]C、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腔體；
[0016]D、將該復合型鋼帶螺旋卷繞形成內壁帶螺旋形空心腔體的管體；
[0017]E、將管體置于土坑內，向其一端的空心腔體內注入混凝土，混凝土沿螺旋方向填充空心腔體，完成澆注。
[0018]其中，優選的，步驟C中可沿封堵鋼帶的長度方向開設混凝土溢出孔；步驟E中可根據強度需求在單節管體的一端，向空心腔體內穿設預應力鋼筋，并從另一端穿出，將預應力鋼筋兩端拉緊并固定保持，使預應力鋼筋貼緊空心腔體內側，對預應力鋼筋施加壓力，由此產生的預應力狀態用以減小或抵消外荷載所引起的應力，提高整體管道的強度和承載能力；利用專用機構，將管體漲制成截面近似矩形的形狀，提高了管體內部的可利用空間；向管體一端的空心腔體內注入混凝土，混凝土沿螺旋方向填充空心腔體，同時從混凝土溢出孔流出填滿管壁與土坑之間的間隙，待混凝土從管體另一端的混凝土溢出孔溢出時，完成澆注。
[0019]發明原理:本發明同時應用了管土共同受力原理、混凝土鋼管原理和預應力鋼筋混凝土張拉原理，管土共同受力原理是管道在埋置后，管道的上部載荷不是靠管道的剛性來承受，而是靠管道與四周土石相互之間受力共同作用，就形成了管土共同受力效應，垂直向下的載荷就會轉化為管體管壁的環向內壓力。混凝土鋼管的工作原理是在空心的鋼管內充填混凝土，利用混凝土的優越的承壓能力和鋼管的對混凝土的包圍作用，使鋼管的豎向承壓能力極大地增強。預應力鋼筋混凝土張拉原理是在結構構件受外力荷載作用前，先人為地對它施加壓力，由此產生的預應力狀態用以減小或抵消外荷載所引起的應力，即借助于混凝土較高的抗壓強度來彌補其抗拉強度的不足，達到推遲受拉區混凝土開裂的目的。
[0020]本發明中將普通碳鋼、混凝土及預應力鋼筋三種材料有機的結合為一體，并充分發揮各自的特點及優勢，在整體結構中分別承擔不同的作用。在螺旋焊接鋼管內側形成全閉合的空心腔體，可以增加管壁周向慣性矩，從而可使主體鋼管的壁厚比一般鋼管壁厚大大減薄，降低材料的成本，可以制造大口徑及超大口徑的鋼管；當主體鋼管鋼帶較薄時，卷圓過程中，遞送力會使鋼帶撓曲，無法進行遞送卷圓，所以主鋼帶首先成型成截面帶有凸起的結構，繼而用封堵鋼帶焊接，形成閉合的空心腔體，鋼帶截面慣性矩增大，卷圓時遞送很容易實現，便于加工。管體制成后，可根據需求，由圓形加工成近似矩形，提高了管體內部的可利用空間，而且依舊能利用管土效應。在埋地使用時，空心加強環內穿設預應力鋼筋，并通過向空心加強環及鋼管與土坑之間的間隙灌注素混凝土或鋼筋混凝土，大大提高了鋼管徑向及環向的抗壓能力，進一步提高管體的整體強度，從而可進一步減薄主體鋼管鋼帶的板厚，繼而進一步降低了材料成本，預應力鋼筋的設置則提高了管道頂部靜載及動載對上部結構物產生向下擾曲變形的抵抗能力，有效控制和減小了管體截面尺寸的變形。
[0021]有益效果:與現有技術相比，本發明的顯著優點為:首先，該管體內部的凸筋是直接由管壁一體加工成型，兩者之間無焊縫，在承受動載荷時能耐受動載疲勞；其次，該凸筋可以直接用于承受管道內部管架及其他結構物重量，還可用作地鐵軌道的枕木，內部載荷可均勻傳遞至整個管體；同時，用于制作管體的主鋼帶壁厚可以比一般鋼管壁厚大大減薄，降低材料的成本；此外，在空心腔體內填充混凝土，可以二次加強鋼管的剛度和承載能力；管體制成后，可根據需求，由圓形加工成近似矩形，提高了管體內部的可利用空間，而且依舊能利用管土效應；預應力鋼筋的設置則提高了管道頂部靜載及動載對上部結構物產生擾曲的抵抗能力，有效控制和減小了管體截面尺寸的變形；該管道可解決在地下共用管道工程、地下綜合管廊以及地下通行道路中使用大尺寸鋼結構產品的問題。與此同時，本發明方法操作方便、簡單易行、容易實現。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明主鋼帶的橫截面示意圖；
[0023]圖2為本發明表面具有凸筋的主鋼帶的結構示意圖；
[0024]圖3為本發明表面具有凸筋的主鋼帶的橫截面示意圖；
[0025]圖4、圖5為本發明主鋼帶與封堵鋼帶兩種焊接方式的橫截面示意圖；
[0026]圖6為圖4中A處的局部放大圖；
[0027]圖7為圖5中B處的局部放大圖；
[0028]圖8、圖9為本發明復合型鋼帶螺旋卷制加工的示意圖；
[0029]圖10為本發明鋼管螺旋卷制過程中管節對接焊接的橫截面示意圖；
[0030]圖11為圖10中C處局部放大圖；
[0031]圖12本發明單節鋼管整體結構示意圖；
[0032]圖13為本發明鋼管橫向截面結構示意圖；
[0033]圖14為圖13中D處局部放大圖；
[0034]圖15為圖13中E處局部放大圖；
[0035]圖16為圖13中鋼管漲型后的橫向截面結構示意圖；
[0036]圖17為本發明縱向截面結構示意圖；
[0037]圖18為圖16中F處填充水泥前局部放大圖。
[0038]圖19為圖16中F處填充水泥后局部放大圖。
【具體實施方式】
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[0039]下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。
[0040]本發明的管道，包括管體100，該管體100表面向內延伸形成沿管體100內壁螺旋狀的凸筋102，該凸筋102的截面可以為Ω形、槽型、波浪形、拋物線形、方形或梯形等，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；，且該管體100與凸筋102形成凹槽103，通過封堵鋼帶200將該凹槽103的槽口位置封堵；封堵鋼帶200的截面可以為一字型、槽型或口字型。此時的凸筋102和封堵鋼帶103之間形成螺旋狀的空心腔體300，可根據管體強度需求從空心腔體一端向其內穿設預應力鋼筋600，并從另一端穿出拉緊并固定保持，使預應力鋼筋貼緊空心腔體內側，從而讓預應力鋼筋與加強環一同環繞整個管體。向上述空心腔體300內填充混凝土，整