CN104251066B - 一种内壁带加强结构的钢管塔柱及其制作方法 - Google Patents

一种内壁带加强结构的钢管塔柱及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内壁带加强结构的钢管塔柱及其制作方法，塔柱内壁沿周向设置若干环形加强筋或螺旋状加强筋，该环形加强筋或螺旋状加强筋之间的塔柱内壁沿轴向间隔设置加强柱，该加强柱与环形加强筋或螺旋状加强筋之间形成纵横交错的加强结构。塔柱内壁环形加强筋或螺旋状加强筋增强了管道整体的周向强度，增加了管壁的抗剪力，使得钢板的厚度大大减薄，可制作出超大直径的钢管，该加强筋能保护塔柱制作时形成的接缝；加强柱增强管道整体的轴向强度，加强柱内设置了钢缆或钢绞线并填充混凝土，混凝土代替钢结构承受压应力，钢缆或钢绞线承受风载形成的拉力，减少了塔顶的摆动幅度。本发明方法简单易行、降低施工成本，提高生产效率。

Description

一种内壁带加强结构的钢管塔柱及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种塔柱结构及其制作方法，尤其涉及一种内壁带加强结构的钢管塔柱及其制作方法。
背景技术
目前工程上所使用的支撑承重结构主要有两种：线型结构与点式结构。线型结构虽然能够有效地支撑承重，但在许多场合中并不适用，例如桥梁支柱、风电塔筒等，这些场合必须使用支柱式点式支撑结构。以桥梁支柱式支撑结构为例，其支柱是连接上部结构和下部结构的重要结构部件，它能够将桥梁等建筑的上部结构的反力和变形可靠的传递给下部结构，从而起到有效地支撑承重作用。传统的桥梁等建筑的支柱一般使用的是先使用钢筋构模再用混凝土浇筑的模式，此类结构虽然有着强度较高、可模性好、防振较好等优点，但却会出现间层结合强度不一、抗裂能力差等问题，尤其对于大跨度结构、高层建筑结构，其抗震效果不佳，另外还有施工复杂、工期较长、运输不便等问题。再如管塔式结构，目前工程用塔形结构主要有2种形式：桁架式与管塔式。桁架式造价低廉，但维护极不方便(如高压电架等)；管塔式结构紧凑、安全可靠、维护方便、外形美观，虽造价偏高，但仍被广泛使用(如风电塔筒等)。传统管塔式塔架是采用平面钢板卷制焊接而成，但现代管塔设计容量越来越大(比如风电塔筒的顶部机舱重达几十吨，目前发电机组容量越来越大，最大的甚至已达数百吨)，塔架高度越来越高，传统钢板塔架的强度和承载力已不能满足上述要求。除此之外，传统钢板塔架还有运输与施工不便等缺点。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种大管径、薄管壁、能提高塔柱整体强度和承载力的内壁带加强结构的钢管塔柱；本发明的第二目的是提供该钢管塔柱的制作方法。
技术方案：本发明所述的钢管塔柱，塔柱内壁沿周向设置若干环形加强筋或螺旋状加强筋，该环形加强筋或螺旋状加强筋之间的塔柱内壁沿轴向间隔设置加强柱，该加强柱与环形加强筋或螺旋状加强筋之间形成纵横交错的加强结构。
其中，所述环形加强筋、螺旋状加强筋或加强柱的横截面为圆弧状、方形或梯形，并且该加强柱的横截面高度为环形加强筋或螺旋状加强筋横截面高度的至少两倍。
所述加强柱的内壁与塔柱内壁之间形成柱体空腔，该柱体空腔内沿轴向设置预应力钢缆或钢绞线，并填充混凝土。
所述加强筋或螺旋状加强筋的内壁与塔柱内壁之间形成空腔，该空腔内填充混凝土。
所述钢管塔柱由平钢板或平钢带卷制而成，塔柱上形成环形接缝，所述环形加强筋覆盖在该环形接缝处。
所述钢管塔柱由平钢带螺旋绕制而成，塔柱上形成螺旋接缝，所述螺旋状加强筋覆盖在该螺旋接缝处。
所述钢管塔柱自上而下直径相等、递增或递减。
所述加强柱的横截面高低不等。
本发明所述的钢管塔柱的制作方法，包括如下步骤：
制作塔柱主体：由平钢带卷制或螺旋卷制形成塔体，卷制的同时对平钢带之间形成的环形接缝或螺旋接缝进行焊接；
制作环形加强筋或螺旋状加强筋：由窄钢带弯曲、变形而成；
在塔柱柱体内壁周向辊压、卷制并焊接螺旋状加强筋或环形加强筋，所述环形加强筋覆盖在环形接缝处，或者所述螺旋状加强筋覆盖在螺旋接缝处；
制作加强柱：由窄钢带弯曲、变形而成；
加强柱沿塔柱主体的内部轴向穿入并焊接在主体塔柱的内壁上，加强柱与螺旋状加强筋或环形加强筋交叉的地方，在加强柱上切割出螺旋状加强筋或环形加强筋外轮廓尺寸的切口，使得螺旋状加强筋或环形加强筋从加强柱下方通过，并将螺旋状加强筋或环形加强筋与加强柱两者焊接在一起；加强柱安装完后，将带有塑料护套的钢缆穿入加强柱内，并做临时固定，向加强柱内浇筑混凝土，待加强柱内混凝土有一定强度后，张拉加强柱内钢缆，并锚固注浆。
其中，所述环形加强筋、螺旋状加强筋或加强柱的横截面为圆弧状、方形或梯形，并且该加强柱的横截面高度为环形加强筋或螺旋状加强筋横截面高度的至少两倍。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：本钢管塔柱的内壁采用纵横交错的加强结构，其中，环形加强筋或螺旋状加强筋增强了管道整体的周向/环向强度，增加了管壁的抗剪力，使得钢板的厚度可以大大减薄，能够制作出超大直径的钢管，并且环形加强筋或螺旋状加强筋还能保护塔柱制作时形成的接缝，加强了对接缝处的泄漏保护；同时，加强柱能增强管道整体的轴向强度，可以在加强柱内设置了钢缆或钢绞线并填充了混凝土，此时混凝土代替钢结构承受压应力，而钢缆或钢绞线承受风载形成的拉力，减少了塔顶的摆动幅度。本发明方法简单易行、容易实现，降低施工成本，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明塔柱的一种实施例的竖向剖视图；
图2为本发明塔柱另一种实施例的竖向剖视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为图2的B节点放大图；
图5为图4的C-C剖视图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明。
本发明的钢管塔柱，柱体可由平钢板卷制而成，或者由平钢带按螺旋角度绕制而成。
为了提高柱体整体的机械性能，我们在管壁上设置纵横交错的加强结构，具体为：塔柱内壁1沿周向设置若干独立的环形加强筋20(如图1)或连续的螺旋状加强筋21(如图2-5)，该环形加强筋20或螺旋状加强筋21之间的塔柱内壁1沿轴向间隔设置加强柱3。上述设置环形或螺旋状加强筋的目的是加宽管径长度(Dn≥3600mm)，减薄管壁厚度，同时增加管壁的抗剪力，使管壁不会因管体本身的重力而发生形变；设置加强柱3的目的是提高塔柱抗柱状失稳能力，如此设计有利于制造出无论是直径宽度还是竖向高度均优于现有塔体的塔柱。
上述环形加强筋20、螺旋状加强筋21或加强柱3的横截面为圆弧状、方形或梯形，当然也不限于上述形状，任何波形、抛物线形等均可。并且该加强柱的横截面高度为环形加强筋或螺旋状加强筋横截面高度的至少两倍，以确保加强柱能完全覆盖横向的加强筋(即环形加强筋或螺旋状加强筋)，并使之具有足够的强度。
如图3-4所示，上述加强柱3的内壁与塔柱内壁1之间形成柱体空腔，该柱体空腔内填充混凝土5，混凝土5代替塔柱钢结构内壁受压力，进一步大大减小塔柱的壁厚；同时在预应力混凝土内穿入预应力高强度低松弛的钢缆4(或钢绞线)，在塔柱安装完成后张拉并压浆，用于承受风载形成的压力，减少了塔顶的摆动幅度，同时该钢缆或钢绞线能防止混凝土从塔柱内壁或加强柱内壁上脱离，在钢缆4的外表面还可以包裹一层塑料护套6，塑料保护套的作用是在加强柱内混凝土浇筑后，还能使得钢缆可以自由运动，后期可以张拉。
上述环形加强筋或螺旋状加强筋的内壁与塔柱内壁之间也形成空腔，该空腔内填充混凝土，以增加截面抗弯模量。
如图5所示，在环形加强筋20或螺旋状加强筋21与加强柱3的交界处，切断加强柱3以保持环形加强筋20或螺旋状加强筋21的连续性，由于横向加强筋是连续的，不能切断，与竖向加强柱交叉时，在竖向加强柱上切孔，下穿通过。
上述钢管塔柱自上而下直径相等，也可以层级递减或者层级递加，合理用材，以满足各类工程需要。
塔体可一次成型或者通过多个塔节自下而上拼装完成。每个管节可以做的很长，可达30米以上，甚至50米，塔节之间减少或不使用法兰，节约了成本。同时，竖向加强柱能加固塔柱水平焊缝(塔节之间)的强度。
上述塔体，环形/螺旋状加强筋和加强柱可分别加工，然后通过焊接或其它方式安装在一起；或者同时加工完成。
当钢管塔柱由平钢板或平钢带卷制而成，塔柱上形成环形接缝，所述环形加强筋覆盖在该环形接缝处。
当钢管塔柱由平钢带螺旋绕制而成，塔柱上形成螺旋接缝，所述螺旋状加强筋覆盖在该螺旋接缝处。
本发明的塔柱现场加工，加工速度快，节省运费；采用自动焊接技术，焊缝质量好。该结构的塔柱可直接与钢筋混凝土塔柱基础连接，弃舍了底部大口径法兰，基础的结构形式也可以简单化。
本发明塔柱的制作方法如下：
首先，塔柱主体由平钢板(或平钢带)卷制或螺旋卷制而成，平钢板形成的接缝呈环形(针对卷制)或螺旋形(针对螺旋卷制)，并在卷制的同时对接缝进行焊接。
在主体钢板卷制完成形成塔体后，在主体塔柱内壁辊压、卷制并焊接螺旋状加强筋或环形加强筋(这些加强筋可由平的窄钢带弯曲变形而成)，同时这些加强筋可以覆盖在主体塔柱的环形接缝或螺旋焊缝处，以保证该螺旋焊缝的密封性，加强了对焊缝的泄漏保护。当然也可以根据实际情况进行焊接位置调整。
然后将一条钢带(如果塔柱自下而上直径渐变，则可以选择渐变宽度钢带)辊压成正弦波纹或者其他截面形状(如上述)的加强柱，加强柱沿主体塔柱内壁轴向穿入并焊接在主体塔柱上(具体是横向的加强筋之间)，竖向的加强柱与横向的加强筋交叉的地方，在竖向的加强柱上切割出横向的加强筋外轮廓尺寸的切口，保证横向的加强筋从竖向的加强柱下通过，且不损伤横向加强筋。安装完成后，将横向的加强筋与竖向的加强柱两者焊接在一起。接下来依次安装塔柱内其余加强柱。加强柱安装完后，将带有塑料护套的钢缆穿入加强柱，并做临时固定。
因塔柱主体为钢板螺旋形卷制，将平钢板连接后，塔柱可以做成任意高度。塔柱钢结构部分加工安装完成后，将塔柱整体进行吊装，安装至塔柱的基础上。浇筑加强柱内混凝土，待加强柱内混凝土有一定强度后，张拉加强柱内钢缆，并锚固注浆。

Claims (10)

1.一种内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：塔柱内壁(1)沿周向设置若干环形加强筋(20)或螺旋状加强筋(21)，该环形加强筋(20)或螺旋状加强筋(21)之间的塔柱内壁(1)沿轴向间隔设置加强柱(3)，该加强柱(3)与环形加强筋(20)或螺旋状加强筋(21)之间形成纵横交错的加强结构。
2.根据权利要求1所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述环形加强筋(20)、螺旋状加强筋(21)或加强柱(3)的横截面为圆弧状、方形或梯形，并且该加强柱(3)的横截面高度为环形加强筋(20)或螺旋状加强筋(21)横截面高度的至少两倍。
3.根据权利要求1或2所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述加强柱(3)的内壁与塔柱内壁(1)之间形成柱体空腔，该柱体空腔内沿轴向设置预应力钢缆(4)，并填充混凝土(5)。
4.根据权利要求1或2所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述环形加强筋(20)或螺旋状加强筋(21)的内壁与塔柱内壁(1)之间形成空腔，该空腔内填充混凝土。
5.根据权利要求1或2所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述钢管塔柱由平钢板或平钢带卷制而成，塔柱上形成环形接缝，所述环形加强筋(20)覆盖在该环形接缝处。
6.根据权利要求1或2所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述钢管塔柱由平钢带螺旋绕制而成，塔柱上形成螺旋接缝，所述螺旋状加强筋(21)覆盖在该螺旋接缝处。
7.根据权利要求1或2所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述钢管塔柱自上而下直径相等、递增或递减。
8.根据权利要求1或2所述内壁带加强结构的钢管塔柱，其特征在于：所述加强柱(3)的横截面高低不等。
9.根据权利要求1所述内壁带加强结构的钢管塔柱的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
制作塔柱主体：由平钢带卷制或螺旋卷制形成塔体，卷制的同时对平钢带之间形成的环形接缝或螺旋接缝进行焊接；
制作环形加强筋或螺旋状加强筋：由窄钢带弯曲、变形而成；
在塔柱柱体内壁周向辊压、卷制并焊接螺旋状加强筋或环形加强筋，所述环形加强筋覆盖在环形接缝处，或者所述螺旋状加强筋覆盖在螺旋接缝处；
制作加强柱：由窄钢带弯曲、变形而成；
加强柱沿塔柱主体的内部轴向穿入并焊接在主体塔柱的内壁上，加强柱与螺旋状加强筋或环形加强筋交叉的地方，在加强柱上切割出螺旋状加强筋或环形加强筋外轮廓尺寸的切口，使得螺旋状加强筋或环形加强筋从加强柱下方通过，并将螺旋状加强筋或环形加强筋与加强柱两者焊接在一起；加强柱安装完后，将带有塑料护套的钢缆穿入加强柱内，并做临时固定，向加强柱内浇筑混凝土，待加强柱内混凝土有一定强度后，张拉加强柱内钢缆，并锚固注浆。
10.根据权利要求9所述内壁带加强结构的钢管塔柱的制作方法，其特征在于：所述环形加强筋、螺旋状加强筋或加强柱的横截面为圆弧状、方形或梯形，并且该加强柱的横截面高度为环形加强筋或螺旋状加强筋横截面高度的至少两倍。
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