CN105179822B - 内外表面平滑的钢‑混凝土组合结构管道及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内外表面平滑的钢‑混凝土组合结构管道，包括外管体，沿所述外管体内壁螺旋间隔绕设若干个加强环，该加强环内壁与外管体内壁之间形成螺旋状的空心腔体，所述加强环的外壁上铺设覆盖整个管体内壁的金属内衬，该金属内衬卷绕形成与外管体同轴线的内管体，在内管体、外管体与加强环之间形成的通道以及空心腔体内均填充混凝土。本发明的优点是提供一种内外平滑的钢‑混凝土组合结构管道，可以增加管道的直径，提高管道的防腐性和耐磨性，增强管道整体强度，减少钢材用量及管道重量，降低了制造成本；可用于输送水或特殊介质的场合，例如供水、排水或具有腐蚀性强的介质、对纯净度要求较高的介质以及温度高的介质等。

Description

内外表面平滑的钢-混凝土组合结构管道及其制作方法
技术领域
本发明公开了一种钢管及其制作方法，尤其涉及一种内外表面平滑的钢-混凝土结构管道及其制作方法。
背景技术
目前，在流体的输送和储运工程中，一般是用管道来输送，常用的管道有水泥管、塑料管、普通碳素钢钢管、不锈钢管和镀锌钢管等等。
水泥管是用水泥和钢筋作为材料，运用离心力原理制造的一种预制管道，但易泄漏，耐内压能力差；并且口径不大，一般口径为3米或3米以下；每节管长度不长，接头多，接头易泄露，施工困难；施工时要先做基础，施工成本较高。塑料管是以塑料树脂为原料，加入稳定剂及其它添加剂，在制管机内经挤压加工而成，质量轻；加工方便，但是口径不大，承内压能力差；机械强度低，抗破坏性能差；不耐磨损，不耐高温，易老化。普通碳素钢钢管是用碳素钢制成的钢管，内壁不耐磨且不耐腐蚀，口径不能做的太大，只能达到2.5米左右，大口径时壁厚大大增加，成本高，目前国内一些省份已经明确禁止在供水工程中使用普通碳素钢钢管。不锈钢管则成本太高。镀锌钢管口径不能太大，且镀锌是污染行业，对环境破坏大，普遍镀锌层较薄，一般厚度小于0.1mm，不耐磨损和冲刷。
因此，亟待解决上述技术难题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种具有高防腐性和高耐磨性、口径大、管壁薄的内外表面平滑的钢-混凝土结构管道。
本发明的第二目的是提供该钢管的制作方法。
技术方案：本发明所述的内外表面平滑的钢-混凝土组合结构管道，包括外管体，沿所述外管体内壁螺旋间隔绕设若干个加强环，该加强环内壁与外管体内壁之间形成螺旋状的空心腔体，沿加强环的外壁铺设覆盖整个外管体内壁的金属内衬，该金属内衬卷绕形成与外管体同轴线的内管体，在内管体、外管体与加强环之间形成的通道以及空心腔体内均填充混凝土。
优选的，金属内衬为特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝或铜制成的内衬钢材，该金属内衬具有有异于普通碳钢钢材的性能，如防腐耐磨、高温稳定等性能。
其中，加强环的横截面为半闭合状的半圆形、凹槽型、矩形、抛物线形或梯形。
本发明的外管体由主钢带螺旋卷绕形成螺旋状的管体，所述加强环以螺旋方式卷绕扣合于外管体的内壁。
本发明内外表面平滑的钢-混凝土组合结构管道的制作方法，包括如下步骤：
A、预备用于制作外管体的主钢带，用于制作加强环的窄钢带并将窄钢带弯曲成截面为半闭合状的加强环；
B、在主钢带的上表面贴合加强环，将加强环与主钢带焊接在一起；
C、再在加强环上表面铺设金属内衬，并采用气体保护焊接形成复合型钢带，将该复合型钢带螺旋卷绕形成内外表面平滑的管体；
D、按要求长度切断管体，从管体一端切口处浇注混凝土，直至混凝土从该管体另一端切口处流出，即完成制作。
其中，步骤B中，所述加强环与主钢带贴合后，采用气体保护焊进行焊接。
其中，步骤C中，对所述复合型钢带在螺旋卷制过程中自身形成的焊缝采用埋弧焊进行焊接。
发明原理：本发明同时应用了管土共同受力原理和混凝土钢管原理。管土共同受力原理是管道在埋置后，管道的上部载荷不是靠管道的刚性来承受，而是靠管道与四周土石相互之间受力共同作用，就形成了管土共同受力效应，垂直向下的载荷就会转化为管体管壁的环向内压力。混凝土钢管的工作原理是在空心的钢管内充填混凝土，利用混凝土的优越的承压能力和钢管的对混凝土的包围作用，使钢管的竖向承压能力极大的增强。本发明中将普通碳钢、不锈钢及混凝土三种材料有机的结合为一体，并充分发挥各自的特点及优势，在整体结构中分别承担不同的作用。在钢管内壁增设截面为半闭合状的加强环，增加了管壁环向的惯性矩，使得管壁在承受环向内压力时不易失稳和变形，主钢带的壁厚相比较一般钢管壁厚可以大大减薄，降低了材料的成本，也使得制造大口径及超大口径的钢管得以实现；当主钢带较薄时，在卷圆过程中，递送力会使钢带挠曲，无法进行递送卷圆，在钢管内壁增设加强环后，钢带横截面积及惯性矩增大，卷圆时递送很容易实现，便于加工。钢管的内壁还覆盖有金属内衬，不仅可以避免和减少流体对钢管的锈蚀、磨损及管体对流体的污染，而且鉴于内壁设置了金属内衬，主钢带的厚度又可以再次减薄，进一步降低了材料的成本，且由于金属内衬的特殊材质从而大大提高了整个管道的防腐性及耐磨性。埋地使用时，在管土共同受力效应的作用下，加强环和主体钢管与金属内衬间的混凝土共同承受环向及径向压力，进一步提高管体道的整体强度，从而可进一步减薄主钢材的板厚，更进一步降低了材料成本。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先本发明在管体内壁上设有特殊材质的金属内衬，提高钢管的防腐性和耐磨性，可用于输送水或特殊介质的场合，例如供水、排水或具有腐蚀性强的介质、对纯净度要求较高的介质以及温度高的介质等；其次，本发明钢管在管体内壁增设螺旋状加强环，提高了管体周向断面惯性矩，承载能力提高，主钢带的壁厚相比较一般钢管壁厚可以大大减薄，降低了材料的成本；同时卷圆时可实现薄板递送，实现卷圆工艺突破；然后，本发明在加强环内以及在主钢带与金属内衬间的螺旋通道内填充混凝土，可以二次加强钢管的刚度和承载能力；最后本发明钢管的可靠性好，适用范围广，即使在沙砾中也可使用，可以制作出超大口径的钢管，可达直径8米，可以用作埋地管，利用管土共用受力效应，由加强环为主承受压力，超大直径时(D>4m)，可以埋土很深高达到10～20米以上。
附图说明
图1为本发明中主钢带和窄钢带在生产线上的排列位置示意图；
图2为本发明窄钢带弯曲成加强环的结构示意图；
图3为本发明主钢带、加强环贴合后焊接的结构示意图；
图4为图3中A处局部放大图；
图5为本发明在带加强环的主钢带上铺设金属内衬形成复合型钢带的结构示意图；
图6为图5中B处局部放大图；
图7为利用图5中的复合型钢带进行卷制加工的结构示意图；
图8为图7中卷制形成的螺旋状管体的结构示意图；
图9为将图5中复合型钢带管节与管节对接焊接结构示意图；
图10为图9中C处局部放大图；
图11为在图9所示钢带上焊接金属内衬的结构示意图；
图12为本发明管体的横向截面结构示意图；
图13为本发明管体的结构示意图
图14为本发明钢管灌注混凝土前纵向截面结构示意图；
图15为图14中D处局部放大图；
图16为本发明钢管灌注混凝土后纵向截面结构示意图；
图17为图16中E处局部放大图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明内外表面平滑的钢-混凝土组合结构管道，包括外管体100，沿所述外管体100内壁螺旋间隔绕设若干个加强环200，该加强环200的横截面为半闭合状的半圆形、凹槽型、矩形、抛物线形或梯形，加强环200增加了管壁环向的惯性矩，使得管壁在承受环向内压力时不易失稳和变形；同时该加强环200内壁与外管体100内壁之间形成螺旋状的空心腔体300，所述加强环的外壁上铺设覆盖整个管体内壁的金属内衬400，该金属内衬400卷绕形成与外管体100同轴线的内管体，在内管体、外管体100与加强环200形成的螺旋状通道500以及空心腔体300内均填充混凝土600，利用混凝土优越的承压能力和钢管的对混凝土的包围作用，使钢管的竖向承压能力极大的增强。
本发明的金属内衬400为特种合金钢、不锈钢、耐磨钢、铝或铜制成的内衬钢材，具有有异于普通碳钢钢材的性能，如防腐耐磨、高温稳定等性能，提高了钢管的防腐性和耐磨性，可用于输送水或特殊介质的场合，例如供水、排水或具有腐蚀性强的介质、对纯净度要求较高的介质以及温度高的介质等。
本发明的外管体100由主钢带101螺旋卷绕形成螺旋状的管体，加强环200以螺旋方式卷绕扣合于外管体100的内壁。
本发明内外表面平滑的钢-混凝土组合结构管道采用如下方法制作而成：
制作前，根据所需制作的管道的直径，将螺旋成型机的成型角调节为合适值。
A、如图1、图2所示，预备用于制作外管体100的主钢带101，用于制作加强环200的窄钢带201；将主钢带101进行除锈、喷丸处理，再将主钢带放卷、矫平、修边、加工焊接剖口102，然后再在主钢带101的上表面排列经过放卷、矫平、修边等工序后的窄钢带201，窄钢带201的数量与间距按实际情况设定；将窄钢带经过弯曲机构，弯曲成截面为半闭合状的加强环200，同时加工出焊接剖口。
B、如图3、图4所示，将半闭合状的加强环200下移与主钢带101的上表面贴合将两者接触部分采用气体保护焊焊接在一起；
C、如图5、图6所示，在加强环200的上表面，并排铺贴经过放卷、矫平、修边、下移等工序的若干个具有特定性能金属材质的金属内衬400，金属内衬的数量按实际情况设定，金属内衬400间留有1-2mm的间隙用气体保护焊将相邻的金属内衬与加强环的上表面进行同部位三位一体焊接，形成复合型钢带；将复合型钢带送入专用卷圆机构(1#辊、2#辊、3#辊)，进行螺旋卷制加工，如图7、图8所示；在螺旋卷制时，首先对管节与管节之间的螺旋焊缝103采用埋弧焊进行焊接，然后通过放卷一金属内衬400与两侧金属内衬400间留有1-2mm的间隙用气体保护焊将相邻的带材与半闭合状的加强环的上表面进行同部位三位一体焊接，如图9、图10、图11所示；
D、当螺旋卷制焊接出达到要求的长度后，将钢管切断形成管体，如图12、图13、图14和图15所示；从管体一端小切口处104和大切口处105开始往主钢带、金属内衬及加强环间形成的空心腔体300和螺旋状通道500内浇注混凝土600，直至混凝土600从该管体另一端切口处流出，即完成制作，如图16、图17所示。
本发明的钢管具有以下用途：地下共用沟；市政共用管廊；地铁隧道；地下集水管；化工管道；石油管道；输送砂石、粉尘；其他输送特殊介质的管道。

Claims (8)

1.一种内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：包括外管体(100)，沿所述外管体(100)内壁螺旋间隔绕设若干个加强环(200)，该加强环(200)内壁与外管体(100)内壁之间形成螺旋状的空心腔体(300)，沿加强环的外壁铺设覆盖整个外管体内壁的金属内衬(400)，该金属内衬(400)卷绕形成与外管体(100)同轴线的内管体，该内管体、外管体(100)与加强环(200)均为金属材质，且在所述内管体、外管体(100)与加强环(200)形成的通道，以及空心腔体(300)内填充混凝土(600)；所述制作方法包括如下步骤：
A、预备用于制作外管体(100)的主钢带(101)，用于制作加强环(200)的窄钢带(201)并将窄钢带(201)弯曲成加强环(200)；
B、在主钢带(101)的上表面贴合加强环(200)，将加强环(200)与主钢带(101)焊接在一起；
C、再在加强环(200)上表面铺设金属内衬(400)形成复合型钢带，其中，该金属内衬(400)与主钢带(101)平行，并将该复合型钢带螺旋卷绕形成内外表面平滑的管体(100)。
2.根据权利要求1所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：所述金属内衬(400)为特种合金钢、铝或铜制成的内衬基材。
3.根据权利要求1所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：所述加强环(200)的横截面为半闭合状横截面的型材。
4.根据权利要求3所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：所述加强环(200)的横截面为半圆形、槽型、矩形、抛物线形或梯形。
5.根据权利要求1所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：所述外管体(100)由主钢带(101)螺旋卷绕形成螺旋状的管体，所述加强环(200)以螺旋方式卷绕扣合于外管体(100)的内壁。
6.根据权利要求1所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：步骤B中，所述加强环(200)与主钢带(101)贴合后，采用气体保护焊进行焊接。
7.根据权利要求1所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：步骤C中，对所述复合型钢带在螺旋卷制过程中自身形成的焊缝采用埋弧焊进行焊接。
8.根据权利要求1所述内外表面平滑的组合式结构管道的制作方法，其特征在于：在完成步骤C后，进行步骤D：按要求长度切断外管体(100)，从外管体(100)一端切口处浇注混凝土(600)，直至混凝土(600)从该外管体(100)另一端切口处流出。
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