CN108018875B

CN108018875B - 一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构

Info

Publication number: CN108018875B
Application number: CN201610967566.0A
Authority: CN
Inventors: 叶柃; 殷建学; 赵柱石
Original assignee: Zhejiang Xinzhou Bamboo Based Composites Technology Co Ltd
Current assignee: Zhonglin Xinzhou Bamboo Winding Development Co ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: CN108018875A; WO2018076494A1

Abstract

本发明属于市政设施相关领域，并公开了一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其嵌装在管廊管体的内部，包括多个结构相同的支撑单元，每个支撑单元包括承重钢环和框架组件，框架组件包括均位于垂直于该管廊轴向的平面上的水平支撑梁、竖直支撑柱和水平横梁，水平支撑梁水平设在承重钢环的底部；竖直支撑柱包括两根主支撑柱和若干根副支撑柱，两根主支撑柱竖直布置在承重钢环和水平支撑梁之间；水平横梁水平布置在主支撑柱和承重钢环之间，上、下两根水平横梁之间设有副支撑柱；两个支撑单元沿管廊的轴向布置，两者的竖直支撑柱之间通过连接杆相连，两个水平支撑梁上架设有底板。本发明具有结构简单、加工方便、施工方便、工程造价低等优点。

Description

一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构

技术领域

本发明属于市政设施技术领域，更具体地，涉及一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构。

背景技术

管廊是建于城市地下用于铺设市政管线的市政设施，其集电力、通信、广电、燃气、给排水、热力等多种市政管线于一体，有效地利用了道路下的空间，节约地下空间资源，也杜绝了各专业管线分别不定期开挖，对道路通行和周边环境造成的影响，彻底解决了“马路拉链”、“空中蜘蛛网”等问题。

目前，管廊不管是现浇式还是预制式，大多采用钢筋混凝土结构，上述这种结构耗费材料多，建设工程量大，施工周期长，造价高，越来越难以适应现代化城市建设的需求。为了解决上述问题，出现了一些竹复合管廊，如CN201510565472.6公开的一种预制竹复合管廊及其制作方法，CN201510565462.2公开的一种装配式预制竹复合管廊。

为了便于管廊内部排水管、排污管、电力管等管道的排布与支撑，需在管廊内设置支撑构件，上述两个现有专利虽然公开了用于管廊内的支撑构件，但其仅说明了支撑构件的基本结构，对于其具体布置方式、安装规范等均未给出具体的说明，在实际应用中，存在支撑强度不够，不便于检修的问题。实际上对于支撑构件的具体设置方式及安装方式直接影响管廊内部各类管道的安装与布置以及管廊内部的检修，因此，需研究设计一种管廊用内嵌式支撑构件，在满足支撑强度的同时，符合管廊内部的检修需求。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供了一种管廊用内嵌式支撑构件，其中通过对各个关键组件的结构组成、设置及安装方式予以改进和重新设计，使得该支撑构件在满足支撑强度的同时，符合管廊内部的检修需求，该支撑构件具有结构简单、加工方便、质量轻、成本低、施工方便、工程造价低等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述管廊包括管体，该管体的内径不少于2000mm，刚度等级至少为5000 N/m²，该支撑构件嵌装在管廊的管体的内部，该支撑构件包括多个结构相同的支撑单元，其中：

每个支撑单元包括承重钢环和可拆卸式框架组件，所述可拆卸式框架组件安装在所述承重钢环内，其包括均位于垂直于该管廊轴向的平面上的水平支撑梁、竖直支撑柱和水平横梁，其中，所述水平支撑梁水平设置在所述承重钢环的底部；所述竖直支撑柱包括两根主支撑柱和若干根副支撑柱，所述两根主支撑柱竖直布置在承重钢环和水平支撑梁之间，两根主支撑柱之间的距离L被设定为≥1.0m；所述水平横梁水平布置在承重钢环的两侧，并位于主支撑柱和承重钢环之间，上下两根水平横梁之间设置有所述副支撑柱，由此通过主支撑柱、副支撑柱和上、下两根水平横梁或主支撑柱、副支撑柱、水平横梁和水平支撑梁组成一个用于布置管道的舱室，该舱室四个面与待布置管道的净距b_d被设定为≥100mm；

所述多个支撑单元沿所述管廊的轴向布置，并且相邻两个支撑单元之间的间距L_d被设定为≤2m，两个支撑单元上的对应的竖直支撑柱的上端之间通过连接杆相连，两个支撑单元上的水平支撑梁上架设有底板，该底板上开设有排水孔，其与管廊内壁之间形成的空间用于布置最大管径或最重的管道；

所述管体沿管径方向由内到外依次包括内衬层、结构层和外防护层；其中，所述内衬层是由包括内衬层树脂、以及竹纤维无纺布在内的原材料经固化后得到；所述结构层是由包括结构层树脂、竹篾、生物基填料在内的原材料经固化后得到；该结构层是由所述竹篾缠绕而成，所述竹篾是边缠绕边淋添加有所述生物基填料的所述结构层树脂；

所述竹篾满足：径向拉伸强度为60 MPa～100 MPa；竹纤维含量为35%～45%；含水率为8%～12%；

所述结构层树脂满足固化后：冲击强度a_cu≥50 KJ/ m²；拉伸强度≥20 MPa；巴氏硬度≥50 HBa；吸水率≤0.5%；

所述结构层中的所述原材料还包括网格布，该网格布缠绕在所述竹篾的外部；所述网格布满足：面密度30～40 g/ m²；拉伸断裂强力：纵向≥200 N，纬向≥150 N；断裂伸长率≤5%；耐酸强力保留率≥90%；

对于所述内衬层，所述竹纤维无纺布满足：竹纤维含量≥98%；面密度40～50 g/m²；拉伸断裂强力：纵向≥120 N，横向≥30 N；含水率8～15 %；25℃下的水浸透速率≤12s。

作为进一步优选地，所述承重钢环的厚度为10~20mm，宽度为200~400mm，其为由若干弧形组件两两通过弧形连接板连接成具有两个开口端的可涨紧的环形连接件，所述两个开口端通过紧固件连接,所述弧形连接板中至少有一个设置有长形紧固孔。

作为进一步优选地，所述管廊管体的内表面设置有与所述承重钢环相匹配的环向凹槽，使该承重钢环能够涨紧并嵌在该环向凹槽内从而附着在所述管体内表面。

作为进一步优选地，所述水平支撑梁下方设置有两根底柱，底柱与水平支撑梁之间设置有加强梁。

作为进一步优选地，所述承重钢环为双层夹芯结构，由内外两层钢环及中间钢质肋板拼装焊接而成，所述钢环厚度10~20mm，宽度200~400mm，肋板厚度10~20mm，宽度50~100mm。

作为进一步优选地，对于所述结构层，所述竹篾为竹篾帘，该竹篾帘由多条竹篾片通过编制线连接形成，其中各竹篾片在竹篾片宽度方向上平行等距间隔排列，且所述竹篾帘包括轴向竹篾帘和环向竹篾帘，其中所述轴向竹篾帘的长度方向与其中的竹篾片宽度方向一致，所述环向竹篾帘的长度方向与其中的竹篾片长度方向一致；此外，所述环向竹篾帘的抗拉强度为 1400N～1600N，所述轴向竹篾帘的抗拉强度为180N～220N。

作为进一步优选地，所述内衬层的厚度为4.5mm～5.5mm，在所述内衬层上还设置有内防水层，当所述管体水平放置时，该内防水层覆盖高度小于预先设定高度值的所述内衬层的表面。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1．本发明通过对关键组件如承重钢环和可拆卸式框架组件的结构、布置及具体安装方式进行研究和设计，可有效解决现有支撑构件支撑强度差、不便于检修的问题，获得的支撑构件在满足支撑强度的同时，符合管廊内部的检修需求，具有结构简单、加工方便、质量轻、成本低、施工方便、工程造价低等优点。

2．本发明通过设计间距L_d≤2m的两个结构相同的并沿管廊轴向布置的支撑单元，提高了支撑构件的整体支撑强度，满足实际支撑需求，并且两根主支撑柱之间形成的检修通道的宽度在1.0m以上，可有效满足管廊内部的实际检修需要。

3．本发明通过设计获得的涨紧式承重钢环，在满足承重需求的同时，依据张力能可靠的涨紧在管廊管体的内部，有效提高了安装稳定性和可靠性，保证了管廊内部各类管道的有效安装与布置。

4．本发明通过设置的主支撑柱、副支撑柱、水平横梁和水平支撑梁组合形成若干个用于安装布置各类管道的舱室，并且将舱室四个面设计成与待布置管道的净距b_d均≥100mm，由此可以便于各类管道的有效安装。

5．本发明由于将管廊管体的公称直径设置在2000mm以上（如3000mm到10000mm），通过控制该管廊管体各个层的组成和结构，并对各个层（尤其是内衬层、以及结构层）所使用的材料、及相应的制备工艺进行优化，使得竹复合管廊具有大口径、无应力、且强度高的优点，非常适合于埋设于地下作为综合管廊使用，并能有效确保管廊的使用寿命。

附图说明

图1是按照本发明一种实施例所设计的管廊用内嵌式支撑构件结构图；

图2是按照本发明一种实施例所设计的管廊用内嵌式支撑构件的断面结构示意图；

图3是按照本发明一种实施例所设计的内嵌式支撑构件与管廊的装配图；

图4是按照本发明一种实施例所设计的承重钢环的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明一种实施例所设计的管廊用内嵌式支撑构件结构图，图2是按照本发明一种实施例所设计的管廊用内嵌式支撑构件的断面结构示意图。

一个实施例如图1中所示，管廊用内嵌式支撑构件包括两个结构相同的支撑单元，其中，每个支撑单元包括承重钢环1和可拆卸式框架组件，所述承重钢环1用以连接内部管道支架等其他结构，以提供足够的承载力，承重钢环1可以是任意形状通过粘接、铆接等多种方式固定在管廊管体的内表面，在本实施例中，承重钢环1优选为可涨紧的环形连接件，通过涨紧环形连接件，使其直接固定在管廊管体的内表面，不需要再进行粘接或铆接，安装方便，并且能够不破坏管体的结构。

承重钢环1结构可以为多种，只要能实现缩放即可，一种具体实施方式如图4所示，图4是按照本发明一种实施例所设计的承重钢环的结构示意图，其厚度b为10~20mm，宽度为200~400mm，如此可保证充满介质的内部管道在支撑框架上长期稳定的支撑，其由多个弧形组件1-1两两通过弧形连接板1-2连接成开口的承重钢环1，开口处即具有两个开口端1-3，该两个开口端1-3通过紧固件如螺栓螺母组件连接，所述弧形连接板1-2中至少有一个设置有长形紧固孔1-4。所述弧形组件1-1与所述弧形连接板1-2之间通过螺栓螺母等紧固件连接，螺栓或螺杆等穿过设置在弧形连接板1-2上的长形紧固孔1-4，当调节开口端1-3的紧固件时，长形紧固孔1-4内的螺栓或螺杆等就可以在长形紧固孔1-3内移动从而实现涨紧调节。每个承重钢环1承载总力小于等于2000kgf。

为了降低管廊壁的厚度，以让钢环也能分担一部分环刚度，承重钢环可以设计成双层夹芯结构，即钢环截面为工字型结构，由内外两层钢环及中间钢质肋板拼装焊接而成，钢环厚度10~20mm，宽度200~400mm；肋板尺寸厚度10~20mm，宽度50~100mm。此结构既能作为内部框架连接结构，也能作为管廊增强结构，大幅度提高管廊环向承载性能。为了提高水平支撑梁的支撑强度，在水平支撑梁2下方设置有两根底柱6，底柱6与水平支撑梁2之间设置有加强梁。

为了使固定方式更加可靠，在本实施例中，管廊管体内表面设置有与该承重钢环1相匹配的环向凹槽，使该承重钢环1能够涨紧并嵌在该环向凹槽内从而附着在所述管体内表面。承重钢环1优选在工厂内制作完管体后直接安装上，安装完毕后制成管节，之后将管节运往工程现场进行管节连接，连接完毕后在承重钢环1上连接内部如管道支架等其他结构。

在本实施例中，可拆卸式框架组件安装在承重钢环1内，其由水平支撑梁2、竖直支撑柱3和水平横梁4拼装完成，水平支撑梁2、竖直支撑柱3和水平横梁4均位于垂直于该管廊轴向的平面上，各个梁之间用螺栓螺母连接，其中，水平支撑梁2水平设置，并距离承重钢环1底部h_k位置处，该h_k由内管排布设计(基于空间考虑)和雨水排量确定；竖直支撑柱3包括两根主支撑柱3-1和若干根副支撑柱3-2，两根主支撑柱3-1竖直布置在承重钢环1和水平支撑梁2之间，两根主支撑柱3-1之间的空间作为检修通道，两者之间的距离L≥1.0m，由此可便于管廊内部的检修以及管廊内部各管道的运输，当需要采用检修车或运输车进行检修与管道运输时，距离L需≥2.2m；水平横梁4水平布置在承重钢环1的两侧，并位于主支撑柱3-1和承重钢环1之间，上下两根水平横梁4之间设置有副支撑柱3-2，由此通过主支撑柱3-1、副支撑柱3-2和上、下两根水平横梁4组成一个用于布置管道的舱室或者主支撑柱3-1、副支撑柱3-2、水平横梁4和水平支撑梁2组成一个用于布置管道的舱室，并且各个舱室均位于管廊管体的两侧，该舱室四个面与待布置管道的净距b_d≥100mm，以保证有足够的空间容纳管道补偿器、压力阀等配件，并能进行内部管道的连接操作。每个可拆卸式框架组件承载力小于等于500kgf。

具体的，多个支撑单元沿管廊的轴向布置，并且相邻两个支撑单元之间的间距L_d≤2m，由此保证每个支撑单元所承受的承载力不超过其可承受的最大承载力，保证安全性。相邻两个支撑单元上的对应的竖直支撑柱3的上端之间通过连接杆相连，以保证支撑单元之间的连接强度，单个支撑单元上的两根竖直支撑柱3的上端之间设置有连接杆，以保证支撑柱的支撑强度。

在本实施例中，相邻两个支撑单元上的水平支撑梁2上架设有底板5，该底板5上开设有排水孔，底板5与管廊内壁之间形成的空间可作为排水通道，并且可用于布置最大管径或最重的管道，在底板下方设置为排水通道可以充分利用管廊空间，使管廊具有及时排水功能，并且将最大管径或最重的管道布置在底部，可降低对支撑构件整体支撑强度的要求。所述底板5下方的管道内表面设置有防水层，由防水材料制成。防水层的防水材料可以选择不饱和聚酯树脂、聚脲树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、沥青、防水卷材中的一种。

本发明涉及的管廊通过多个管体之间的相互连接形成，任意一个管体，沿管径方向由内到外依次包括内衬层、结构层和外防护层；其中，

内衬层是由包括内衬层树脂、以及竹纤维无纺布在内的原材料经固化后得到；

结构层是由包括结构层树脂、竹篾、生物基填料、以及网格布在内的原材料经固化后得到；该结构层是由竹篾和网格布叠加一起缠绕而成，竹篾和网格布是边缠绕边淋添加有生物基填料的结构层树脂。

本实施中，管廊管体内衬层的总厚度可以为5±0.5mm，其制备方式可参考竹缠绕复合管道中内衬层的制备，可以由浸润树脂的竹纤维无纺布缠绕而成，内衬层所采用的内衬树脂可以是水溶性树脂，如改性脲醛树脂、水性聚氨酯树脂、聚酯树脂、改性有机硅；为了使内衬层具有耐候性、防火性、力学性能、以及防水性，对于竹纤维无纺布要求：

竹纤维含量：≥98%；

面密度：40～50 g/ m²；

拉伸断裂强力：纵向≥120 N；横向≥30 N；

含水率：8～15 %；

水浸透速率（25℃）：≤12 s。

结构层，其制备方法也可参考竹缠绕复合管道中结构层（也称为增强层）的制备，即是由包括结构层树脂、竹篾、生物基填料、以及网格布在内的原材料经固化后得到的；该结构层是由竹篾和网格布叠加一起缠绕而成，竹篾和网格布是边缠绕边淋添加有生物基填料的结构层树脂。

结构树脂可以采用氨基树脂，树脂内可加入填料。基体树脂固化成型后还应满足表1的规定。

表1 基体树脂固化后性能要求

性能	要求
		冲击强度a<sub>cu</sub> (悬臂梁法) KJ/ m<sup>2</sup>	≥50
拉伸强度 MPa	≥20
		巴氏硬度	≥40
吸水率 %	≤0.5

基体树脂中所含填料为生物质粉末，性能应符合表2的规定。

表2 填料性能要求

性能	要求
		杂质含量 %	≤2.0
纤维素含量 %	≥40
		细度P（目）	60≤P≤80

竹篾可采用环向竹篾帘和轴向竹篾帘，即，可以先将竹篾条编织成竹篾帘，即将多条竹篾片通过编制线连接形成竹篾帘，其中各竹篾片在竹篾片宽度方向上平行等距间隔排列，且所述竹篾帘包括轴向竹篾帘和环向竹篾帘，其中所述轴向竹篾帘的长度方向与其中的竹篾片宽度方向一致，所述环向竹篾帘的长度方向与其中的竹篾片长度方向一致，并要求：

竹篾条的径向拉伸强度为 80±20MPa；竹纤维含量40±5%；含水率 10±2%。抗拉强度：环向竹篾帘 1500±100N，轴向竹篾帘200±20N。

竹篾带缠绕成型时应包裹网格布，网格布性能应符合以下要求：

材质：聚酯涤纶；

网孔中心距：4 mm×4 mm（即，纵向网孔中心距离为4mm，纬向网孔中心距离为4mm）；

面密度：30～40 g/ m²；

拉伸断裂强力：纵向≥200 N；纬向≥150 N；

断裂伸长率（经、纬向）：≤5%；

耐酸强力保留率（经、纬向）：≥90%。

外防护层可通过涂覆胶衣树脂胶粘剂获得，或采用聚氨酯或聚脲防水涂料等，以使该外防腐材料具备防老化、耐介质、防水、耐冲击和穿刺等性能，可参照标准《聚氨酯防水涂料》GB/T 19250、《喷涂聚脲防护材料》HG/T 3831的规定。

本发明中竹复合管廊环刚度等级SN分为5000 N/m²，8000 N/m²，10000 N/m²，15000N/m² ，20000N/m²，25000N/m²，30000N/m²，初始环刚度S₀应不小于相应的环刚度等级值。

竹缠绕复合管廊材料冲击强度a_i应满足：垂直层合方向，a_i≥35KJ/m²；平行层合方向，a_i≥25KJ/m²。轴向强力，如管廊壁轴向拉伸强力，轴向拉伸断裂应变应不小于1.5%。

本发明中，管体内的内防水层可位于管廊底端最内层（即位于内衬层表面，尤其覆盖以预设高度为界，位于该预设高度下方的内衬层表面，如图1所示），用以排水时的防水，可采用防水涂料；内衬层功能：保证内表面光滑平整，富含树脂，耐老化性好，不然竹篾暴露，还要抗冲击、抗外力；外防护层功能：应具备防老化、耐介质、防水、耐冲击和穿刺等性能，可采用防腐涂层。

本发明中竹复合综合管廊可通过多个管体之间的相互连接形成，单个管体的长度可设置为3～8米。竹复管的内表面应光滑平整，无对使用性能有影响的龟裂、分层、杂质、贫胶区、气泡等现象；管端应平齐；边棱应无毛刺；外表面无明显缺陷。

本发明根据竹缠绕材料力学设计模型，制定出适应于大口径、无应力管廊的竹缠绕材料加工工艺，以中间结构层为例，通过控制缠绕工艺（例如，是将竹篾和网格布叠加一起缠绕而成，竹篾和网格布是边缠绕边淋添加有生物基填料的结构层树脂；并且，竹篾还采用2种排布方式，即轴向竹篾帘和环向竹篾帘，能够进一步提高强度），并对层结构中所使用的原材料（例如竹篾、网格布、胶黏剂，如结构层树脂、填料等）进行选型和改性研究，使得最终得到的管廊具有大内径、且无应力的效果。

本发明中的无应力竹复合管廊是种高强度复合材料，其刚度和强度能承受所要求载荷，包括结构和设备自重、管廊内部管线自重、土压力、地下水压力和浮力、汽车载荷，以及其他地面动载荷；并需要满足抗裂防水和抗震要求。该无应力竹复合管廊的设计使用年限为 100年，结构重要系数1.1，抗震烈度7 度，抗渗等级为P6，防腐等级为最高级，能够应用于条件恶劣的地下环境，并确保使用寿命。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述管廊包括管体，该管体的内径不少于2000mm，刚度等级至少为5000 N/m²，该支撑构件嵌装在管廊的管体的内部，该支撑构件包括多个结构相同的支撑单元，其中：

对于所述内衬层，所述竹纤维无纺布满足：竹纤维含量≥98%；面密度40～50 g/ m²；拉伸断裂强力：纵向≥120 N，横向≥30 N；含水率8～15 %；25℃下的水浸透速率≤12 s。

2.如权利要求1所述的一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述承重钢环的厚度为10~20mm，宽度为200~400mm，其为由若干弧形组件两两通过弧形连接板连接成具有两个开口端的可涨紧的环形连接件，所述两个开口端通过紧固件连接,所述弧形连接板中至少有一个设置有长形紧固孔。

3.如权利要求2所述的一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述管廊管体的内表面设置有与所述承重钢环相匹配的环向凹槽，使该承重钢环能够涨紧并嵌在该环向凹槽内从而附着在所述管体内表面。

4.如权利要求3所述的一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述水平支撑梁下方设置有两根底柱，底柱与水平支撑梁之间设置有加强梁。

5.如权利要求4所述的一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述承重钢环为双层夹芯结构，由内外两层钢环及中间钢质肋板拼装焊接而成，所述钢环厚度10~20mm，宽度200~400mm，肋板厚度10~20mm，宽度50~100mm。

6.如权利要求1所述的一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，对于所述结构层，所述竹篾为竹篾帘，该竹篾帘由多条竹篾片通过编制线连接形成，其中各竹篾片在竹篾片宽度方向上平行等距间隔排列，且所述竹篾帘包括轴向竹篾帘和环向竹篾帘，其中所述轴向竹篾帘的长度方向与其中的竹篾片宽度方向一致，所述环向竹篾帘的长度方向与其中的竹篾片长度方向一致；此外，所述环向竹篾帘的抗拉强度为 1400N～1600N，所述轴向竹篾帘的抗拉强度为180N～220N。

7.如权利要求6所述的一种管廊用内嵌式支撑构件和管廊装配的结构，其特征在于，所述内衬层的厚度为4.5mm～5.5mm，在所述内衬层上还设置有内防水层，当所述管体水平放置时，该内防水层覆盖高度小于预先设定高度值的所述内衬层的表面。