一種鋼管復(fù)合樁及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及深海橋梁粧基工程領(lǐng)域，特別設(shè)及一種鋼管復(fù)合粧及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋼材產(chǎn)量的不斷增加，大直徑鋼管復(fù)合粧W承載力高、 沉粧工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、排±量較小及抗彎能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于跨海大橋、大型深水港碼 頭等重大工程中。
[0003] 雖然鋼管復(fù)合粧現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)外粧基規(guī)范中并未給出考慮泥皮、防腐 涂層和剪力環(huán)作用的鋼管復(fù)合粧設(shè)計(jì)計(jì)算方法。當(dāng)按內(nèi)部強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算鋼管復(fù)合粧極 限承載力時(shí)，采用現(xiàn)有相關(guān)規(guī)范計(jì)算時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不同。當(dāng)計(jì)算結(jié)果偏大時(shí)，粧 基偏于不安全；當(dāng)計(jì)算結(jié)果偏小時(shí)，將造成材料浪費(fèi)，成本提高。
[0004] 目前為止，鋼護(hù)筒內(nèi)壁的剪力環(huán)嵌固效應(yīng)和管內(nèi)泥皮/防腐涂裝弱化作用對(duì)鋼管 復(fù)合粧的影響。目前國內(nèi)的鋼管混凝±結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程中基本是通過約束效應(yīng) 系數(shù)（C。）來考慮鋼管和混凝±之間的相互作用，強(qiáng)度承載力N。和抗彎承載力M。的表達(dá)式 是基于大規(guī)模的參數(shù)分析結(jié)果確定的，沒有考慮剪力環(huán)的加強(qiáng)作用和泥皮/防腐涂裝弱化 效應(yīng)對(duì)鋼管混凝±結(jié)構(gòu)的影響。尤其該點(diǎn)，對(duì)深海橋梁鋼管復(fù)合粧的設(shè)計(jì)與使用存在不安 全、不可靠的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種鋼管復(fù)合粧及其設(shè)計(jì)方法，W在考慮 剪力環(huán)和泥皮/防腐涂裝效應(yīng)的基礎(chǔ)上，為鋼管復(fù)合粧基的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算理論提供 依據(jù)。
[0007] (二）技術(shù)方案
[000引為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鋼管復(fù)合粧，該鋼管復(fù)合粧包括鋼管、剪力 環(huán)、防腐涂層、泥皮和鋼筋混凝±粧，其中：
[0009] 鋼管，在成孔時(shí)作為模板，W提高鋼管復(fù)合粧的抗彎及承載性能；
[0010] 剪力環(huán)，焊接于該鋼管的內(nèi)壁，W增強(qiáng)鋼管與混凝上之間的粘結(jié)，提高鋼管復(fù)合粧 的抗彎性能；
[0011] 防腐涂層，形成于焊接有剪力環(huán)的該鋼管的內(nèi)壁，W避免開挖過程中海水對(duì)鋼管 內(nèi)壁的腐蝕；
[0012] 泥皮，形成于該防腐涂層的表面；
[0013] 鋼筋混凝±粧，誘筑形成于所述內(nèi)壁具有剪力環(huán)、防腐涂層和泥皮的該鋼管內(nèi)部。
[0014] 上述方案中，該剪力環(huán)通過點(diǎn)焊的方式焊接于該鋼管的內(nèi)壁。
[0015] 上述方案中，該剪力環(huán)是截面為矩形、梯形或=角形的鋼條，或者該剪力環(huán)是鋼筋 釘或鋼筋環(huán)。
[0016] 上述方案中，該防腐涂層采用SLF高分子復(fù)合環(huán)氧涂料、聚氨醋涂料、改性環(huán)氧玻 璃鱗片涂料或聚醋玻璃鱗片涂料。
[0017] 上述方案中，該泥皮是通過W下方式形成于該防腐涂層的表面；將制作好的具有 剪力環(huán)和防腐涂層的鋼管打入±中，然后將鋼管內(nèi)部±體挖出，此時(shí)在鋼管的內(nèi)壁即形成 一層泥皮。
[001引為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種鋼管復(fù)合粧的設(shè)計(jì)方法，該方法包括：計(jì)算 鋼管復(fù)合粧的剛度、豎向承載力及水平承載力；根據(jù)計(jì)算得到的鋼管復(fù)合粧的剛度、豎向承 載力及水平承載力，設(shè)計(jì)出滿足剛度、豎向承載力及水平承載力要求的鋼管復(fù)合粧。
[0019] 上述方案中，所述計(jì)算鋼管復(fù)合粧的剛度，是采用疊加理論分別計(jì)算鋼管復(fù)合粧 的抗彎剛度和抗壓剛度。
[0020] 上述方案中，所述采用疊加理論計(jì)算鋼管復(fù)合粧的抗彎剛度，是采用公式EI = kwsEJs+kwcEcI^ P《0. 8 ?1. 0F，或公式 EI = kwsEJs+kwc 人 ￡山，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F，其 中k，t= ? kw ? kw，EI是鋼管復(fù)合粧的抗彎剛度，k，,是考慮鋼管復(fù)合粧使用壽命期間的 剛度折減系數(shù)，氏和E。是鋼材與混凝±彈性模量，I ,和I。是鋼管和混凝±截面慣性矩，k，。 是考慮泥皮、防腐涂層、剪力環(huán)的綜合影響系數(shù)，A是荷載水平效應(yīng)系數(shù)，是考慮泥皮效 應(yīng)的折減系數(shù)，無泥皮時(shí)為1，有泥皮時(shí)小于1 ;kw是考慮剪力環(huán)加固效應(yīng)的修正系數(shù)，無剪 力環(huán)時(shí)為1，有剪力環(huán)時(shí)大于1 ;kw是考慮防腐涂層的折減系數(shù)，無防腐涂層時(shí)為1，有防腐 涂層時(shí)小于1 ;
[002U 所述采用疊加理論計(jì)算鋼管復(fù)合粧的抗壓剛度，是采用公式EA = ky擊,A,+kytEtA。， 其中kyt= k yW ? ky, ? kyp，EA是鋼管復(fù)合粧的抗彎剛度，ky.是考慮鋼管復(fù)合粧使用壽命期間 的剛度折減系數(shù)，氏和E。是鋼材與混凝±彈性模量，A ,和A。是鋼管和混凝±截面慣性矩， ky。是考慮泥皮、防腐涂層、剪力環(huán)的綜合影響系數(shù)，kyw是考慮泥皮效應(yīng)的折減系數(shù)，無泥皮 時(shí)為1，有泥皮時(shí)小于1 ;ky,是考慮剪力環(huán)加固效應(yīng)的修正系數(shù)，無剪力環(huán)時(shí)為1，有剪力環(huán) 時(shí)大于1 ;kyp是考慮防腐涂層的折減系數(shù)，無防腐涂層時(shí)為1，有防腐涂層時(shí)小于1。
[0022] 上述方案中，所述計(jì)算鋼管復(fù)合粧的豎向承載力是依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)粧基規(guī)范進(jìn)行豎 向承載力的計(jì)算，并采用規(guī)范ACI (2005)方法對(duì)豎向承載力進(jìn)行檢算；
[0023] 所述計(jì)算鋼管復(fù)合粧的水平承載力是依據(jù)相關(guān)粧基規(guī)范進(jìn)行水平承載力的計(jì)算 并采用橋梁粧基經(jīng)典的"m"法對(duì)水平承載力進(jìn)行檢算，且在計(jì)算過程中鋼管復(fù)合粧剛度采 用W下剛度修正公式：
[0024] EI = kwsEJs+kwcEcIc，P《0. 8 ?1. 0F，或公式 EI = kwsEJs+kwc 入 EJc，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F,其中 k,c二 k wN * k,j ? k,F，EA = kysEsAs+kycEcAc,其中 kyc二 k 沖 * kyj ? k巧。
[0025] 上述方案中，該方法還包括對(duì)鋼管復(fù)合粧的豎向沉降、橫向變形和粧身內(nèi)部強(qiáng)度 進(jìn)行計(jì)算和檢算，其中在進(jìn)行鋼管復(fù)合粧的豎向承載力、水平承載力、豎向沉降、橫向變形 和粧身內(nèi)部強(qiáng)度檢算時(shí)，采用W下修正公式進(jìn)行單粧承載力及沉降變形的校核：
[0026] EI = kwsEJs+kwcEcIc，P《0. 8 ?1. 0F，或公式 EI = kwsEJs+kwc 入 EJc，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F，其中 k,c= k wN ? k,j ? kwF，EA = kysEsAs+kycEcAc，其中 kyc= k 沖? k" ? kyF。
[0027] ( S )有益效果
[002引從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0029] 1、本發(fā)明在計(jì)算鋼管復(fù)合粧承載力時(shí)，考慮了泥皮、防腐涂層的弱化作用和剪力 環(huán)的嵌固作用，使得計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際情況。
[0030] 2、本發(fā)明便于計(jì)算剪力環(huán)對(duì)鋼管復(fù)合粧彎曲剛度的影響，W利于剪力環(huán)間距的設(shè) 計(jì)和優(yōu)化。
[0031] 3、本發(fā)明適用于有/無泥皮、有/無剪力環(huán)和有/無防腐涂層的鋼管復(fù)合粧的設(shè) 計(jì)，且計(jì)算結(jié)果偏于安全。
[0032] 4、本發(fā)明在進(jìn)行鋼管復(fù)合粧設(shè)計(jì)時(shí)既具有重要的經(jīng)濟(jì)效益，又具有較為實(shí)用的價(jià) 值。
[0033] 5、本發(fā)明提供的鋼管復(fù)合粧及其設(shè)計(jì)方法，提出的剛度修正公式考慮了泥皮、防 腐涂層的弱化影響W及剪力環(huán)的嵌固作用，進(jìn)而在考慮剪力環(huán)和泥皮/防腐涂裝效應(yīng)的基 礎(chǔ)上，為鋼管復(fù)合粧基的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算理論提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明提供的鋼管復(fù)合粧的設(shè)計(jì)方法流程圖。
[0035] 圖2是采用圖1所示方法設(shè)計(jì)的鋼管復(fù)合粧的示意圖。
[0036] 圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例的鋼管復(fù)合粧抗彎剛度與剪力環(huán)間距的之間呈雙曲線 規(guī)律的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[003引本發(fā)明提供的鋼管復(fù)合粧及其設(shè)計(jì)方法，主要設(shè)及了鋼管復(fù)合粧剛度的計(jì)算W及 其承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算，為鋼管復(fù)合粧的廣泛應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。其中，本發(fā)明提供的鋼管 復(fù)合粧的設(shè)計(jì)方法，主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面是鋼管復(fù)合粧剛度的設(shè)計(jì)，另一方面 是鋼管復(fù)合粧承載力的設(shè)計(jì)。
[0039] 鋼管復(fù)合粧剛度的設(shè)計(jì)：考慮泥皮、防腐涂層、剪力環(huán)不同組合效應(yīng)的鋼管復(fù)合粧 抗彎剛度計(jì)算公式；EI = kwsEsIs+kwcEcIc，P《0. 8 ?1. OF ;EI = kwsEsL+kwc 人 EcIc，〇. 8 ? 1. OF < P《1. 7F，EA = kysEA+kycEcAc，抗彎剛度綜合修正系數(shù) k，c= k? k，j ? k，F(xiàn)、荷載水 平效應(yīng)系數(shù)A和抗壓剛度綜合修正系數(shù)kyt= kyW ? ky, ? kyp的取值建議，為鋼管復(fù)合粧的 設(shè)計(jì)計(jì)算提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；
[0040] 鋼管復(fù)合粧承載力設(shè)計(jì)；采用疊加理論，規(guī)范ACI (2005)方法適合于帶有泥皮、防 腐涂層、剪力環(huán)共同作用的鋼管復(fù)合粧內(nèi)部強(qiáng)度極限承載力的計(jì)算，該對(duì)于帶有泥皮、防腐 涂層、剪力環(huán)的鋼管復(fù)合粧內(nèi)部強(qiáng)度極限承載力的計(jì)算有積極的應(yīng)用價(jià)值。
[0041] 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的鋼管復(fù)合粧的設(shè)計(jì)方法流程圖，該方法包括W下 步驟：
[0042] 步驟1 ;計(jì)算鋼管復(fù)合粧的剛度、豎向承載力及水平承載力；
[0043] 步驟2 ;根據(jù)計(jì)算得到的鋼管復(fù)合粧的剛度、豎向承載力及水平承載力，設(shè)計(jì)出滿 足剛度、豎向承載力及水平承載力要求的鋼管復(fù)合粧。
[0044] 其中，步驟1中所述計(jì)算鋼管復(fù)合粧的剛度，是采用疊加理論分別計(jì)算鋼管復(fù)合 粧的抗彎剛度和抗壓剛度。
[0045] 采用疊加理論計(jì)算鋼管復(fù)合粧的抗彎剛度，是采用公式El = k，sEsIs+k，eEcIc， P《0. 8 ?1. OF,或公式 El = kwsEJs+kwc 入 EJc，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F，其中 k,c = ? kw ? k，p，El是鋼管復(fù)合粧的抗彎剛度，k，點(diǎn)考慮鋼管復(fù)合粧使用壽命期間的剛度折減 系數(shù)，E,和E。是鋼材與混凝±彈性模量，I ,和I。是鋼管和混凝±截面慣性矩，k是考慮泥 皮、防腐涂層、剪力環(huán)的綜合影響系數(shù)，A是荷載水平效應(yīng)系數(shù)，是考慮泥皮效應(yīng)的折減 系數(shù)，無泥皮時(shí)為1，有泥皮時(shí)小于1 ;kw是考慮剪力環(huán)加固效應(yīng)的修正系數(shù)，無剪力環(huán)時(shí)為 1，有剪力環(huán)時(shí)大于1 ;kw是考慮防腐涂層的折減系數(shù)，無防腐涂層時(shí)為1，有防腐涂層時(shí)小 于1。
[0046] 采用疊加理論計(jì)算鋼管復(fù)合粧的抗壓剛度，是采用公式EA = ky正A+kytEA，其中 kyc= k沖? k" ? kyF，EA是鋼管復(fù)合粧的抗彎巧IJ度，kys是考慮鋼管復(fù)合粧使用壽命期間的巧。 度折減系數(shù)，E,和E。是鋼材與混凝±彈性模量，A ,和A。是鋼管和混凝±截面慣性矩，k y。是 考慮泥皮、防腐涂層、剪力環(huán)的綜合影響系數(shù)，kyW是考慮泥皮效應(yīng)的折減系數(shù)，無泥皮時(shí)為 1，有泥皮時(shí)小于1 ;k