耗能加勁鋼高分子夾層管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于土木工程領(lǐng)域，涉及一種夾層鋼管。應(yīng)用于建筑工程、橋梁工程以及海洋工程領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在土木工程的大跨度、超限、空間結(jié)構(gòu)和海洋平臺(tái)中，都是由鋼管或鋼-混凝土復(fù)合管為基本單元構(gòu)件組成的。鋼管構(gòu)件容易發(fā)生整體穩(wěn)定破壞，一旦鋼管構(gòu)件發(fā)生破壞，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失效，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，為了預(yù)防上述情況的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的做法是加大鋼管厚度來提高節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定承載能力，該方法存在以下幾種缺陷:1、鋼管構(gòu)件承載能力的提高使結(jié)構(gòu)的剛度增大，且結(jié)構(gòu)的延性降低；2、厚壁鋼管焊接的連接方式，帶來殘余應(yīng)力的影響，而且隨著鋼管厚度或強(qiáng)度的加大，殘余應(yīng)力峰值將增大，疲勞強(qiáng)度也會(huì)顯著下降；3、經(jīng)濟(jì)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(gòu)件的剛度、極限承載力、穩(wěn)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(yán)重違背了我國可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略；鋼-混凝土復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)自重大，鋼材與混凝土之間的剝離強(qiáng)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(qiáng)度較鋼材低，變形能力小，容易發(fā)生破壞，不能有效分散荷載作用，動(dòng)力性能差，易出現(xiàn)耐久性問題，維修和構(gòu)件置換工作煩瑣且困難等；鋼-混凝土復(fù)合材料構(gòu)件的穩(wěn)定性能比鋼構(gòu)件要提高不少，但是鋼-混凝土復(fù)合材料構(gòu)件在復(fù)雜荷載環(huán)境作用下，仍容易出現(xiàn)側(cè)向彎曲失穩(wěn)，且其耗能性能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有鋼-混凝土復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)延性較低、抗疲勞性能較差、抗沖擊性能較差、穩(wěn)定性較差、耐久性較差、承載力較弱的不足，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)延性較高、具有良好的抗疲勞性能、抗沖擊性能、穩(wěn)定性、耐久性、承載力的耗能加勁鋼高分子夾層管。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(nèi)管、η塊加勁板、蓋板和芯材，η為整數(shù)且大于等于3，所述金屬外管同心設(shè)置于所述金屬內(nèi)管內(nèi)，所述加勁板的底部與所述金屬內(nèi)管的外壁連接，所述加勁板的頂部與所述金屬外管的內(nèi)壁連接，從橫截面上看，所述η塊加勁板等圓弧間隔地設(shè)置于所述金屬內(nèi)管與所述金屬外管之間的圓環(huán)上，所述金屬內(nèi)管和金屬外管的一端安裝所述蓋板，所述金屬內(nèi)管、金屬外管、η塊加勁板以及蓋板之間形成一個(gè)一端開口一端封閉的開口腔體，所述開口腔體內(nèi)填充所述芯材，所述芯材采用微珠-聚氨酯復(fù)合材料。
[0006]進(jìn)一步，所述加勁板上沿著軸向等間隔分布耗能孔洞。
[0007]所述耗能孔洞為關(guān)于雙形心軸對(duì)稱的規(guī)則形狀，形心長軸與加勁板正視面面內(nèi)縱向?qū)ΨQ軸平行，形心短軸與加勁板正視面面內(nèi)縱向?qū)ΨQ軸垂直。
[0008]所述耗能孔洞的中心應(yīng)設(shè)置在加勁板長度方向的面對(duì)稱軸上。
[0009]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(shè)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(yīng)小于耗能孔洞最大長度的1/2。
[0010]所述金屬外管厚度為2mm?30mm，所述金屬內(nèi)管厚度為2mm?16mm，且金屬內(nèi)管的厚度小于等于金屬外管的厚度；金屬內(nèi)管外徑大于等于金屬外管內(nèi)徑的2/5，金屬內(nèi)管外徑小于等于金屬外管內(nèi)徑的4/5。
[0011]所述金屬外管和金屬內(nèi)管截面為圓形、方形、橢圓形或多邊形。也可以是其他形狀。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(qiáng)度較高，微珠-聚氨酯在徑向、環(huán)向和長度方向均對(duì)鋼管有約束作用，鋼管對(duì)微珠-聚氨酯也有反約束作用，使聚氨酯處于三向受壓狀態(tài)，這樣可以大大提高耗能加勁鋼高分子夾層管的延性、穩(wěn)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(nèi)管局部屈曲的出現(xiàn)，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(nèi)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(wěn)定性；η塊縱向加勁肋上開有若干的耗能孔洞，當(dāng)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(fù)作用或者地震等動(dòng)力荷載，內(nèi)力傳至耗能孔洞截面時(shí)，由于突然出現(xiàn)截面削弱的情況，應(yīng)力較非削弱截面要大很多，耗能孔洞邊緣金屬材料出現(xiàn)面內(nèi)彈塑性變形并反復(fù)擠壓微珠-聚氨酯夾層，此時(shí)，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(jìn)一步提尚了耗能加勁鋼尚分子夾層管耗能性能。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]1、本實(shí)用新型中的芯材采用具有高強(qiáng)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(jié)性能，可以和鋼材一起進(jìn)行有機(jī)工作，能有效耗散外界傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的能量，具備良好的材料穩(wěn)定性，在海洋、工業(yè)等復(fù)雜環(huán)境下具有很好的耐久性。
[0015]2、本實(shí)用新型管采用加勁夾層結(jié)構(gòu)，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(fā)生屈曲破壞，有效地提高結(jié)構(gòu)的抗壓、抗彎、抗剪承載力，抗疲勞性能，耗能性能，穩(wěn)定性，安全性和耐久性能。
[0016]3、本實(shí)用新型中的材料密度低，在相同極限承載力情況下，較純鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的重量輕，減少建造時(shí)所需的材料用量，本實(shí)用新型為耗能加勁鋼高分子夾層管，內(nèi)管可以方便各類設(shè)備與線路的布置。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖2在A-A截面圖；
[0019]圖3為圖2在B-B截面圖；
[0020]圖4為圖2在C-C截面圖；
[0021]圖5為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)爆炸圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0023]參照?qǐng)D1?圖5，一種耗能加勁鋼高分子夾層管，包括金屬外管1、金屬內(nèi)管2、n塊加勁板、蓋板6和芯材3，n為整數(shù)且大于等于3，所述金屬外管I同心設(shè)置于所述金屬內(nèi)管2內(nèi)，所述加勁板的底部與所述金屬內(nèi)管2的外壁連接，所述加勁板的頂部與所述金屬外管I的內(nèi)壁連接，從橫截面上看，所述η塊加勁板等圓弧間隔地設(shè)置于所述金屬內(nèi)管與所述金屬外管之間的圓環(huán)上，所述金屬內(nèi)管2和金屬外管I的一端安裝所述蓋板6，所述金屬內(nèi)管
2、金屬外管1、η塊加勁板以及蓋板6之間形成一個(gè)一端開口一端封閉的開口腔體，所述開口腔體內(nèi)填充所述芯材3，所述芯材3采用微珠-聚氨酯復(fù)合材料。
[0024]進(jìn)一步，所述加勁板上沿著軸向等間隔分布耗能孔洞。
[0025]所述耗能孔洞為關(guān)于雙形心軸對(duì)稱的規(guī)則形狀，形心長軸與加勁板正視面面內(nèi)縱向?qū)ΨQ軸平行，形心短軸與加勁板正視面面內(nèi)縱向?qū)ΨQ軸垂直。
[0026]所述耗能孔洞的中心應(yīng)設(shè)置在加勁板長度方向的面對(duì)稱軸上。
[0027]所述耗能孔洞最大寬度取值范圍