大截面預應力混凝土涵管的製作方法
2023-05-29 00:48:16
專利名稱：大截面預應力混凝土涵管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有無粘結預應力筋的混凝土管道或箱涵。
現有的管道或箱涵(方形或內圈呈方形或內圈底部為平面頂部為圓弧的管道)按照其使用的材料和製作工藝分為鋼管、混凝土管和預應力管三種，而預應力管又分為自應力管和外加應力管。現有的管道作為大截面輸水管使用或製作大型箱涵(例如地鐵隧道)存在以下問題1、鋼管由於使用鋼管與使用混凝土管相比，價格十分昂貴，因此，一般僅用於風洞、離子對撞機、石油或燃氣輸送管道，基本上不在輸水管和涵洞製作中使用。2、現澆混凝土管由於混凝土現場澆注周期很長，像地鐵隧道這樣的大型涵洞往往是採用場外分瓣製作，現場拼裝、封縫，再在現場澆注內襯。因此，其不但比整管安裝方法的現場工作量大，費工費料，而且接縫處的嚴密性不能得到很好的保障。3、預應力管中的自應力管其是依靠在鋼絲網和鋼筋中自應力水泥的向外膨脹而產生預應力，由於自應力水泥的膨脹量很小，因此需用大量的鋼材，製作工藝也十分煩瑣，且必須逐根進行足尺管道試驗，從而，很難在重大工程中應用。4、外加預應力管目前主要是按美國和我國的現行規範設計、內徑在三米以下的鋼管纏絲預應力混凝土管(如圖5所示)，它是在用大型焊管機焊接的薄壁鋼管21內外澆注混凝土22，再在混凝土外用大型繞絲機纏繞帶有一定拉力的普通預應力鋼絲23，使鋼管和混凝土全部受到預加壓應力的作用後，再澆注一外層混凝土保護層24。其主要存在的問題是①製作時設備龐大昂貴、一次性投資相當大。②一般強度的預應力筋等徑布置，低壓應力纏絲，且使預應力筋內的鋼管連同混凝土一起均勻受壓，成倍地消耗了貴重的預應力筋。③由於內層鋼筋混凝土受壓產生收縮餘變時，後澆注的外壁混凝土不能與其一起收縮，從而造成外壁混凝土與內層混凝土之間出現環形裂縫；在載荷作用下，兩側受拉區將出現軸向裂縫，這些裂縫滲水後，會腐蝕預應力筋，嚴重時會造成爆管。④管子的承口無法施加預應力，從而形成抗腐蝕的薄弱環節。
針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種製造設備簡單、工藝簡便易行，成本較低，長期使用安全可靠的大截面預應力混凝土涵管。
為實現上述目的，本實用新型採取以下設計一種大截面預應力混凝土涵管，它包括由鋼筋骨架和混凝土組成的涵管本體，其特徵在於在所述鋼筋骨架上縱向分段設置有無粘結預應力筋，所述預應力筋在所述涵管本體徑向截面呈近似橢圓形，所述橢圓形的長軸位於所述涵管本體的中心水平軸線上，所述橢圓形的短軸位於所述涵管本體的中心垂直軸線上，每一所述預應力筋的端頭，輪流封固在所述涵管本體的兩對稱近壁點。
所述涵管本體的兩對稱近壁點靠近所述涵管外壁的左右兩側。
所述涵管本體的兩對稱近壁點靠近所述涵管內壁的上下兩側。
所述涵管本體承口處的所述預應力筋的端頭，封固在所述承口內側的所述涵管本體上。
所述預應力筋沿所述涵管本體的縱向分段平面設置。
所述預應力筋沿所述涵管本體的縱向分段呈左、右螺旋狀往復設置。
所述預應力筋沿所述涵管本體的縱向分段呈平面及左、右螺旋狀交錯設置。
本實用新型由於採取以上設計，其具有以下優點1、本實用新型通過對涵管在各種工況的應力數值進行計算，在涵管本體內設置近似橢圓形的預應力筋，使涵管在長期載荷作用下，整個涵管全部承受壓應力，而在涵管承受短期較大載荷作用時，既使出現微小裂縫，也可以在載荷消除後重新閉合。因此有效地解決了混凝土涵管的裂縫問題。2、本實用新型由於採用一次澆注混凝土成功的製作方式，不會出現環形裂縫和軸向裂縫，有效地保證了涵管內的預應力筋和普通鋼筋不受腐蝕，從而延長了整個管道和箱涵的使用壽命。3、本實用新型首次將房屋結構中的無粘結預應力筋應用在涵管的結構中，預應力筋的護套既減少了鋼筋在張拉過程中的摩阻損失，又使涵管在澆注混凝土的過程中不必預留較大的穿筋孔，且增強了預應力筋的抗腐蝕能力，同時護套裹在預應力筋上，也便於安裝固定。4、本實用新型由於可以在涵管本體承口處設置預應力筋，並將預應力筋的兩端張拉固定在遠離所述承口的涵管本體上，因此有效地解決了承口強度低於本體的問題。5、由於本實用新型近似橢圓形的預應力筋主要針對整個涵管本體的拉應力區設置預加壓應力，因此，比全截面承受壓應力的設計節約預應力筋一半以上。同時由於使用千斤頂張拉，無需大型焊接、纏絲設備，且製作方法簡單，能充分發揮超強應力筋的強度，因此有效地降低了成本。6、由於本實用新型可以通過精確計算確定拉應力併合理地設置預應力筋，不必進行足尺管道試驗，因此，為設計和施工提供了方便。本實用新型主要是用於在現場預製1.6米以上直徑的大型涵管，目前已製造出內徑4.8米1.6米的涵管，其可以廣泛應用於大型輸水管路，地鐵涵洞等重要工程中。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。
圖1是本實用新型結構示意圖圖2是本實用新型徑向截面示意圖圖3是預應力筋設置簡圖圖4是本實用新型另一實施例預應力筋設置簡圖圖5是現有技術中鋼管纏絲混凝土管示意圖如
圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的涵管本體1包括按通常管道和箱涵的設置方式設置的鋼筋骨架2和澆注的混凝土3。其特徵是在鋼筋骨架2上分段設置一圈、一圈的預應力筋4，該預應力筋4從涵管本體1的徑向截面看呈近似橢圓形，橢圓形的長軸在水平方向，短軸在垂直方向。分段設置的預應力筋4的兩端經張拉後的端頭5，輪流封固在涵管本體1靠近外壁的左側或右側。涵管本體1的一端設置有承口6，另一端設置有插口7，在插口7上環設有一圈凹槽8，在凹槽8內設置有柔性密封圈9，以插入與其連接的另一涵管本體1的承口6內。
上述實施例中預應力筋4的纏繞方式也可以是連續纏繞的螺旋線形，一般是以左旋或右旋纏繞一段，再以右旋或左旋纏繞回來，其在涵管本體1的徑向截面也呈近似圓弧形。另外還可以有的區段設置平面圓環形預應力筋4，有的區段設置螺旋線形預應力筋4。
上述實施例中，涵管本體1的內徑如果是接近方形或底部是平面、頂部是弧面時，預應力筋4的設置也大致呈近似橢圓形。
如圖4所示，涵管本體1也可以將其底部外壁設置成方形，而在涵管本體1的兩端不設置承、插口6、7，這樣可以利用水平方向的移動頂推安裝。
本實用新型製作時包括以下步驟(已另行申請發明專利)1、首先通過對涵管在各種長、短期荷載所形成的應力進行組合分析，並考慮無粘結預應力筋4的實際摩擦阻力等損失，進行計算後確定預應力筋4的設置位置、數量和張拉力值。一般在圓形或近似方形的涵管本體1上部和下部，受拉區接近內壁，而涵管本體1左右兩側，受拉區則接近外壁。為了使整個涵管本體1在自重和外載荷作用下，均處於壓應力狀態，按計算確定的預應力筋4的設置位置均應布置在載荷造成的拉應力區內，因此，一般為一近似橢圓形。
2、在鋼筋混凝土涵管本體1內用通常的方法設置由拉筋10、外層縱筋11、外層環筋12、內層環筋13、內層縱筋14等組成的鋼筋骨架2，然後，按確定的位置，分段地將超高強度的無粘結預應力筋4綁紮在鋼筋骨架2上。預應力筋4可以是分段設置的一個個近似橢圓形的環，也可以是分段連續纏繞的螺旋線，採用後一種方式時，通常是向左或向右旋纏繞一段後，再以相反的旋向纏繞回來。如果在涵管本體1上設置承、插口6、7，則在承口6上也設置預應力筋4。無粘結預應力筋4是在預應力筋的外面包復一圈聚丙烯或聚乙烯護套，在護套內塗有建築用防腐油脂，以減少護套和鋼絲之間的摩擦，保護鋼絲在張拉過程中不受磨損，在使用中不受腐蝕。將分段設置的預應力筋4兩端形成的端頭5固定在涵管本體1的左側或右側，使端頭5在涵管本體1上形成一左一右相互對稱。對於涵管本體1承口6處的預應力筋4，由於承口6處管壁較薄，因此將預應力筋4的兩端採用螺旋狀左右旋轉的方式，將其固定在遠離承口的涵管本體1上。
3、在安裝好的涵管本體1的模板中，按常規方法澆注抗滲混凝土3成型，抗滲混凝土3具有較好的抗滲漏性能。
4、待混凝土3凝固達到標準強度的80％以上(如果場地條件許可，達到標準強度的100％)後，再將預應力筋4的兩端分別套入一個作為錨具的中間張拉連接器，然後，用一手持式前卡千斤頂環向張拉預應力筋4的一端，預應力筋4的拉應力不超過標準強度的82％。
為防止生鏽，一般用塑料封裝套套在錨具端部。
5、最後用防鏽防滲性能較好的混凝土封端。
上述實施例中，混凝土涵管本體1是在垂直方向製作的，製成後再水平放置，經現場插接(如
圖1所示結構)或頂推連接(如圖4所示結構)後固定的。
上述實施例中，端頭5是在混凝土3管壁上留一個穴槽，當端頭5固定後，再用混凝土封起來。在輸水管道中使用時，一般是將端頭5封端輪流設置在離外壁較近的左右兩側，可以使穴槽比較淺，也可以使封端離水遠一些，以防封端不嚴，腐蝕鋼筋。如果是地鐵隧道等箱涵，則可以將端頭5的封端輪流設置在涵管本體1的上部和下部且靠近內壁處。因為地鐵隧道內壁接觸空氣，而外壁需要防滲水，故把端頭5設置在內壁，在涵管本體1的上部或下部，仍也考慮了穴槽淺些、操作方便些。借用一句天文學和宇航學「近地點」的描述，本實用新型的端頭位置是設置在「近壁點」。
為進一步說明本實用新型的優越之處，現將現有技術中纏絲預應力混凝土管的應力狀況與本實用新型的應力狀況分別列表如下表1纏絲預應力混凝土管
表2本實用新型大截面預應力混凝土涵管
權利要求1.一種大截面預應力混凝土涵管，它包括由鋼筋骨架和混凝土組成的涵管本體，其特徵在於在所述鋼筋骨架上縱向分段設置有無粘結預應力筋，所述預應力筋在所述涵管本體徑向截面呈近似橢圓形，所述橢圓形的長軸位於所述涵管本體的中心水平軸線上，所述橢圓形的短軸位於所述涵管本體的中心垂直軸線上，每一所述預應力筋的端頭，輪流封固在所述涵管本體的兩對稱近壁點。
2.如權利要求1所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述涵管本體的兩對稱近壁點靠近所述涵管外壁的左右兩側。
3.如權利要求1所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述涵管本體的兩對稱近壁點靠近所述涵管內壁的上下兩側。
4.如權利要求1所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述涵管本體承口處的所述預應力筋的端頭，封固在所述承口內側的所述涵管本體上。
5.如權利要求2所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述涵管本體承口處的所述預應力筋的端頭，封固在所述承口內側的所述涵管本體上。
6.如權利要求3所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述涵管本體承口處的所述預應力筋的端頭，封固在所述承口內側的所述涵管本體上。
7.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述預應力筋沿所述涵管本體的縱向分段平面設置。
8.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述預應力筋沿所述涵管本體的縱向分段呈左、右螺旋狀往復設置。
9.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的大截面預應力混凝土涵管，其特徵在於所述預應力筋沿所述涵管本體的縱向分段呈平面及左、右螺旋狀交錯設置。
專利摘要本實用新型涉及一種大截面預應力混凝土涵管,它包括由鋼筋骨架和混凝土組成的涵管本體,其特徵在於:在所述鋼筋骨架上縱向分段設置有無粘結預應力筋,所述預應力筋在所述涵管本體徑向截面呈近似橢圓形,每一所述預應力筋的端頭,輪流封固在所述涵管本體的兩對稱近壁點。本實用新型製作方法簡單,無需大型設備,可以有效地延長涵管的使用壽命,降低成本,它可以廣泛應用於大型輸水管路,地鐵涵洞等重要工程中。
文檔編號F16L9/08GK2407206SQ0020578
公開日2000年11月22日 申請日期2000年2月22日 優先權日2000年2月22日
發明者馮大斌, 王志樂, 陳中 申請人:馮大斌, 王志樂, 陳中