CN110173598A - 一种高承压复合材料管道的结构 - Google Patents

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陈巍
苗如松
薛松领
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Abstract

本发明公开了一种高承压复合材料管道的结构，该管道结构是由常用管道材料和高强钢丝材料复合(组合)制作而成。高强钢丝在管道结构壁腔内部有圆形布置和螺旋弹簧形布置两种形式，主要起加劲及承载作用，并为防止管道结构在径向压力作用下发生局部屈曲失稳提供刚度。该管道结构具有较大的径向抗压强度及纵向伸长变形能力，可用于预应力混凝土桥用波纹管、桥梁结构内部排水管道、主缆内部送气除湿系统中的干燥空气输送管道、高压力流体输送管道及电缆导管等需要承受较大外部压力作用的管道结构中。

Description

一种高承压复合材料管道的结构
技术领域
本发明涉及一种土建施工中管道的结构，具体涉及到一种高承压复合材料管道的结构。
背景技术
管道结构是桥梁、隧道、房建及工业生产等领域常用的一种结构。根据管道结构的用途不同，其制造材料也有所差异。目前，常用的管道材料有铝合金管材料、铜管材料、不锈钢管材料、铝塑复合管材料、不锈钢复合管材料、聚氯乙烯塑料管(PVC管)材料及橡胶管材料等多种形式。管道结构在高外部压力作用下工作时，对其抗压性能提出了一定的要求。尤其是管道材料自身强度较低、管道壁较薄时，其抗压强度往往不能满足承压需求。高外部压力作用下，管道结构易出现局部屈曲失稳或强度破坏状况，影响其安全性。若通过增加管道壁的厚度，以提高其径向抗压强度，不仅会增加材料费用，且管道结构的变形协调性也较差，给实际安装带来一定的困难。这些因素在一定程度上限制了部分管道结构的应用前景。
发明内容
本发明提供了一种高承压复合材料管道的结构，用于提高管道结构的径向抗压能力。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种高承压复合材料管道的结构，包括管道结构和支撑钢丝；支撑钢丝设置于管道结构的管壁内部，支撑钢丝和管道结构构成一个整体结构；支撑钢丝包括多个钢丝环，所述多个钢丝环沿管道结构的轴向均匀分散布置，钢丝环所在的平面与管道结构的轴向垂直；或者支撑钢丝为一根通长的螺旋形钢丝。
根据上述方案，所述管道结构上均匀分散地开设有多个逸气通孔。
根据上述方案，所述支撑钢丝采用高强钢丝材料制成，且具有表面镀锌或不镀锌两种形式。
根据上述方案，所述管道结构所采用的材料为铝合金管材料、铜管材料、不锈钢管材料、铝塑复合管材料、不锈钢复合管材料、聚氯乙烯塑料管材料及橡胶管材料中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用高强钢丝材料制成的支撑钢丝具有较强的径向抗压强度及纵向伸长变形能力，使得具有支撑钢丝的管道结构具有较强的径向抗压强度和纵向伸长变形性能，可应用于高承压管道结构中；管道结构上可开设逸气通孔以用于主缆内部除湿系统的干燥空气输送管道结构中，也可不开设逸气通孔以用于预应力混凝土桥用波纹管、桥梁结构内部排水管道、高压力流体输送管道及电缆导管等承受较大外部压力作用的管道结构中。
附图说明
图1为本发明中支撑钢丝呈圆形布置时的立体结构示意图；
图2为本发明中支撑钢丝呈圆形布置时的平面结构示意图；
图3为本发明中支撑钢丝呈螺旋形布置时的立体结构示意图；
图4为本发明中支撑钢丝呈螺旋形布置时的平面结构示意图；
图5为本发明在主缆内部除湿系统中的应用结构示意图；
图6为本发明在预应力混凝土桥用波纹管中的应用结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：复合管道 1，管道结构2，支撑钢丝3，钢丝索股4，干燥气体流向5，干燥气体扩散方向6，混凝土7，径向压力作用方向8，钢绞线9。
本发明提供了一种高承压复合材料管道的结构(以下简称为复合管道1)，该复合管道1 是由常用管道材料制成的管道结构2和高强钢丝材料制成的支撑钢丝3复合(组合)制作而成，复合(组合)制作工艺与文献《塑料混凝土复合管道的研究》中的复合材料管道制作工艺类似。常用管道材料有铝合金管材料、铜管材料、不锈钢管材料、铝塑复合管材料、不锈钢复合管材料、聚氯乙烯塑料管(PVC管)材料及橡胶管材料等多种形式。支撑钢丝的材料为普通镀锌高强钢丝，高强钢丝材料的强度等级，有1670MPa、1770MPa、1860MPa、1960MPa及2060MPa等多种强度等级形式，钢丝直径为5-10mm，表面可镀锌或不镀锌。高强钢丝布置在管道结构2壁腔内部，与常用管道材料通过复合(组合)制作工艺形成复合材料管道结构。高强钢丝主要起加劲及承载的作用，有圆形布置和螺旋弹簧形布置两种形式，圆形布置形式较螺旋弹簧布置形式具有更高的径向抗压强度，但圆形高强钢丝加劲形式的复合材料管道的制作工艺更加繁琐，没有螺旋弹簧高强钢丝加劲形式的复合材料管道制作简便。该复合管道 1具有较强的径向抗压强度和纵向伸长变形性能，可应用于高承压管道结构中。
高强钢丝是缆索结构中常用的一种材料，有1670MPa、1770MPa、1860MPa、1960MPa及 2060MPa等几种强度等级形式。高强钢丝具有较强的抗拉性能及延展性。采用高强钢丝制成的螺旋弹簧或圆环具有较强的径向抗压强度及纵向伸长变形能力。因此，采用高强钢丝对管道壁进行局部加劲，可有效解决常用管道结构径向抗压强度不足的问题。
按照管道复合(组合)制作工艺，将高强钢丝材料设置于管道结构2的制作模具内，并用管道复合(组合)制作常用的材料进行加工，以形成复合材料管道结构。高强钢丝可按圆形和螺旋弹簧形两种方式进行布置，以形成两种不同加劲方式的复合材料管道结构。制作完成后可在复合材料管道结构上开各种形状的小孔作为逸气通孔，用于主缆内部除湿系统的干燥空气输送管道结构中。也可不开小孔，用于高压力流体输送管道、桥梁结构内部排水管道、预应力混凝土桥用波纹管及电缆导管等承受较大外部压力作用的管道结构中。
如图1-2所示，管道结构2和支撑钢丝3是通过管道复合(组合)制作工艺形成的一个整体结构。支撑钢丝3设置于管道结构2内部，按螺旋弹簧布置形式进行布置，主要起局部加劲和提供径向抗压强度的作用。形成的复合材料管道结构径向抗压能力较强、纵向伸长变形性较好。
如图3-4所示，支撑钢丝3在管道结构2内部按圆形布置形式进行布置。圆形高强钢丝布置形式的径向抗压强度较螺旋弹簧布置形式更优。
如图5-6所示的应用实施例中，干燥空气从逸气通孔处向主缆内部扩散，从而除去主缆内部的湿空气，减小主缆内部钢丝的锈蚀。复合管道1具有一定的抗压强度，能抵抗管道结构周围钢丝索股4或混凝土7等的挤压作用。复合管道1还具有一定的伸长变形性能，能满足管道结构安装过程中的变形协调性要求。
本发明设计的一种高承压复合材料管道的结构，主要应用于所承受的外部压力较大，且对管道的变形协调性有一定要求的管道结构中。例如，预应力混凝土桥用波纹管、桥梁结构内部排水管道、主缆内部除湿系统中的干燥空气输送管道、高压力流体输送管道及电缆导管等管道结构。强钢丝材料通过复合(组合)制作工艺而形成复合材料管道结构，高强钢丝被设置于管道结构2的壁腔内部，以对其进行局部加劲，避免复合材料管道结构在承受较大径向压力作用时出现局部屈曲失稳或强度破坏状况。

Claims (4)

1.一种高承压复合材料管道的结构，其特征在于：包括管道结构(2)和支撑钢丝(3)；支撑钢丝(3)设置于管道结构(2)的管壁内部，支撑钢丝(3)和管道结构(2)构成一个整体结构；支撑钢丝(3)包括多个钢丝环，所述多个钢丝环沿管道结构(2)的轴向均匀分散布置，钢丝环所在的平面与管道结构(2)的轴向垂直；或者支撑钢丝(3)为一根通长的螺旋形钢丝。
2.根据权利要求1所述的一种高承压复合材料管道的结构，其特征在于：所述管道结构(2)上均匀分散地开设有多个逸气通孔。
3.根据权利要求1所述的一种高承压复合材料管道的结构，其特征在于：所述支撑钢丝(3)采用高强钢丝材料制成，且具有表面镀锌或不镀锌两种形式。
4.根据权利要求1所述的一种高承压复合材料管道的结构，其特征在于：所述管道结构(2)所采用的材料为铝合金管材料、铜管材料、不锈钢管材料、铝塑复合管材料、不锈钢复合管材料、聚氯乙烯塑料管材料及橡胶管材料中的一种。
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