CN110630821A - 大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法，涉及管道技术领域，它包括管道单体和整体式节点，管道单体包括外层GFRP圆管、内层GFRP圆管、自密实细石混凝土层和环形传热板，管道单体两端部设有螺栓孔；外层GFRP圆管外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔和导热管安装孔，导热管安装孔外安装钢锚架，钢锚架上设有控温装置，控温装置与环形传热板连接；两个管道单体之间通过整体式节点连接，整体式节点通过高强螺栓与两个管道单体连接，整体式节点外壁上设有混凝土浇筑孔和排气孔，混凝土浇筑孔和排气孔间隔分布。本大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法解决了传统管道直径小、稳定性、抗渗性差和高严寒地区输送介质保温性能差的问题。

Description

大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法

技术领域：

本发明涉及管道技术领域，具体涉及大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法。

背景技术：

常规的长输管道多为圆钢管管道和钢筋混凝土圆管道，直径多在0.5米-1.5米范围内，一端采用扩大头的形式，通过封头实现管道之间的连接。钢管内常年输送液体，很容易锈蚀，长期的侵蚀会减小管壁的有效厚度，降低管壁的刚度，在土壤和外界的压力作用下容易发生局部屈曲。同时由于管道内液体对内壁的侵蚀，致使杂质也越来越多，质检很难达标，管道往往达不到设计使用年限就得更换。钢筋混凝土管道长期在液体侵蚀下，钢筋易发生锈蚀，管壁的抗渗性很难保证，长期会形成渗漏现象。管道区域经历轻微的震动后，钢筋混凝土管道端口的常规连接很容易松动，很难保证管道的密闭性。后来人们为避免管道渗漏，在混凝土管道中间布置钢管，形成内置钢管混凝土组合管道，尽管增加了管道的刚度和强度，但给管道之间的可靠连接提出了更大挑战。此外钢制管道隔热性能较差，在高严寒地区无法对运输的气体或液体保温。后来人们开始在管道外包裹保温材料，但随着时间的推移，外层保温材料逐渐遭到环境的侵蚀破坏，因此需要不定期的维修更换，无意增加了管道的养护费用。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法，它用于解决传统管道直径小、稳定性、抗渗性差和高严寒地区输送介质保温性能差的问题，同时提供了这种大直径长输智能化保温组合管道结构体系的施工方法。

本发明采用的技术方案为：大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法，包括管道单体和整体式节点，管道单体包括外层GFRP圆管、内层GFRP圆管、自密实细石混凝土层和环形传热板，外层GFRP圆管内壁周向均等分布有若干个抗剪连接键，外层GFRP圆管内环绕内层GFRP圆管，外层GFRP圆管与内层GFRP圆管之间设有夹层，夹层内设有环形传热板，环形传热板与管壁之间充满自密实细石混凝土层，所述的内层GFRP圆管外壁周向均等分布若干个GFRP高强螺栓，GFRP高强螺栓通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定，所述的管道单体两端部分别设有螺栓孔，螺栓孔贯穿外层GFRP圆管、内层GFRP圆管、自密实细石混凝土层和环形传热板；所述的外层GFRP圆管外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔和导热管安装孔，导热管安装孔外安装钢锚架，钢锚架上设有控温装置，控温装置与环形传热板连接；两个管道单体之间通过整体式节点连接，整体式节点通过高强螺栓与两个管道单体端部的螺栓孔连接，整体式节点外壁上设有混凝土浇筑孔和排气孔，混凝土浇筑孔和排气孔间隔分布。

所述的整体式节点包括外层GFRP圆管、内层GFRP圆管、自密实细石混凝土层和环形传热板，外层GFRP圆管内壁周向均等分布有若干个抗剪连接键，外层GFRP圆管内环绕内层GFRP圆管，外层GFRP圆管与内层GFRP圆管之间设有夹层，夹层内设有环形传热板，环形传热板与管壁之间充满自密实细石混凝土层，所述的内层GFRP圆管外壁周向均等分布若干个GFRP高强螺栓，GFRP高强螺栓通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定。

所述的整体式节点的内层GFRP圆管外径尺寸与管道单体的内层GFRP圆管内径尺寸相等；整体式节点的外层GFRP圆管内径尺寸与管道单体的外层GFRP圆管外径尺寸相等。

所述的整体式节点的外层GFRP圆管外壁上设有混凝土浇筑孔和排气孔，混凝土浇筑孔和排气孔间隔分布；整体式节点的环形传热板上也设有混凝土浇筑孔和排气孔，所述的混凝土浇筑孔和排气孔上下位置一一对应。

所述的控温装置包括太阳能光伏电板、电热转换器、导电线和导热管，太阳能光伏电板通过导电线与电热转换器连接，电热转换器通过导热管与环形传热板连接，所述的导电线和导热管外分别套有上圆钢管维护结构和下圆钢管维护结构，下圆钢管维护结构通过钢锚架固定于管道单体外壁上。

所述的下圆钢管维护结构上部、电热转换器、上圆钢管维护结构和太阳能光伏电板位于地面上。

所述的管道单体为单管且截面呈圆环状；所述的外层GFRP圆管和内层GFRP圆管为无缝的缠绕式GFRP圆管。

所述的管道单体为直线型管道单体、曲管道单体或者跨越式管道单体中的一种。

所述的管道单体侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，GFRP防屈曲耗能阻尼器一端通过爪式连接件与管道单体外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器另一端与基础铰接；爪式连接件一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器铰接，爪式连接件另一端设有预留螺栓孔，预留螺栓孔通过高强螺栓与外层GFRP圆管预留螺栓孔连接。

方法步骤如下：

1）先在工厂预制组合管道单体，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管、外层GFRP圆管、抗剪连接键、GFRP高强螺栓、与GFRP高强螺栓配套的双定位螺母、环形传热板、爪式连接件、钢锚架及控温装置，在内层GFRP圆管上布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管上的GFRP高强螺栓相对应，然后采用双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管连接固定，在外层GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上设计好的位置预留外层GFRP圆管预留螺栓孔和导热管安装孔，将爪式连接件和钢锚架与外层GFRP圆管通过高强螺栓连接固定，将带有环形传热板的内层GFRP圆管同心竖直放在外层GFRP圆管内，通过导热管安装孔将导热管与内外两层GFRP圆管之间的环形传热板相连，将下圆钢管维护结构焊接在钢锚架上，导热管通过下圆钢管维护结构引出，将两端的高强螺栓拧紧，然后从上向下同时在环形传热板、内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间灌注自密实细石混凝土层，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成组合管道单体；

2）在工厂预制形成整体式节点用的内层GFRP圆管、外层GFRP圆管和环形传热板，在整体式节点的内层GFRP圆管上布置GFRP高强螺栓，在整体式节点的环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管上的GFRP高强螺栓相对应，然后通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管连接固定，在整体式节点的外层GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在整体式节点的外层GFRP圆管的顶部预留混凝土浇筑孔和排气孔，在整体式节点的处环形传热板上相对应的位置预留混凝土浇筑孔与排气孔；

3）将预制好的管道单体和整体式节点的内层GFRP圆管、外层GFRP圆管和环形传热板运输到现场，在场地土上布置好管道单体，然后将已经连接固定好的整体式节点的内层GFRP圆管和环形传热板放到外层GFRP圆管内，三者同心插入到管道单体中，用高强螺栓将管道单体和未浇混凝土的整体式节点固定连接，然后利用混凝土泵，通过环形传热板上的混凝土灌注孔把搅拌好的自密实细石混凝土先灌注到整体式节点的环形传热板和内层GFRP圆管之间，当环形传热板上的排气孔处混凝土溢出时停止灌注，然后在通过外层GFRP圆管上的混凝土灌注孔将自密实细石混凝土灌注到整体式节点的环形传热板和外层GFRP圆管之间，当外层GFRP圆管上的排气孔处混凝土溢出时停止灌注，通过采用整体式节点依次连接管道单体；

4）在工厂预制好GFRP防屈曲耗能阻尼器，在现场通过高强螺栓将其一端与爪式连接件的圆环相连，另一端与基础相连，两端的连接方式均为铰接，沿着管道方向每隔一段距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器；

5）在现场将已经安装的下圆钢管维护结构和导热管与电热转换器相连，再通过上圆钢管维护结构和导电线将电热转换器与太阳能光伏发电板相连，在管道上每隔一段距离按以上方式布置智能化的控温装置，即完成大直径长输智能化保温组合管道结构的施工。

本发明的有益效果是：

1）用局部现浇自密实混凝土实现管道的装配式连接，改变了传统管道的连接方式，管道可长期密闭性好，经久耐用，满足设计使用年限要求；

2）采用GFRP与自密实混凝土的组合截面形式，充分利用两种材料的力学性能，大大提高管道的承载能力和稳定性能，适用于大管径的输送管道；

3）采用GFRP防屈曲耗能阻尼器，既能起到固定连接作用，又能在地震时起到耗能减震的作用，提高了管道的抗震性能；

4）采用的GFRP圆管非金属材料抗拉强度高，质量轻，具有良好的施工工艺性，耐腐蚀性能好，对温度变化不敏感，隔热性好，便于在高严寒区和盐碱地域应用，同时可输送钢质管道所不能输送的的液体和气体，同时确保输送介质的稳定性；

5）在管道上设置了控温装置，该装置白天可以将吸收的太阳能存储并转化成热能，通过导热管和环形传热板传递给整个管道，从而实现智能控温；

6）管道适用性强，管道可直线、曲线和跨越式布置，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等；

7）管道内表面光滑，对输送介质阻力小，沉积介质相对较少，可大大提高管道的输送效率；

8）管道单体和整体式节点可工厂预制，现场安装，大大缩短施工周期；

9）管道在地下复杂环境下防水性能好，抗冻融能力强，可明显提高管道的抗疲劳性能。

附图说明：

图1是本发明直线型管道单体结构示意图；

图2是本发明曲管道单体结构示意图；

图3是本发明跨越式管道单体结构示意图；

图4是本发明管道单体剖面示意图

图5是本发明管道结构截面示意图；

图6是本发明管道单体与未浇筑混凝土的整体式节点连接剖面示意图；

图7是本发明管道单体与已浇筑混凝土的整体式节点连接剖面示意图；

图8是本发明整体式节点的外层GFRP圆管剖面示意图；

图9是本发明整体式节点的外层GFRP圆管截面示意图；

图10是本发明整体式节点的内层GFRP圆管剖面示意图；

图11是本发明整体式节点的内层GFRP圆管截面示意图；

图12是本发明曲管道单体与整体式节点连接剖面示意图；

图13是本发明跨越式管道单体与整体式节点连接剖面示意图；

图14是本发明管道单体的外层GFRP圆管预留螺栓孔结构示意图；

图15是本发明管道单体的外层GFRP圆管预留导热管安装孔结构示意图；

图16是本发明爪式连接件结构示意图；

图17是本发明爪式连接件的剖面示意图；

图18是本发明GFRP防屈曲耗能阻尼器示意图；

图19是本发明控温装置结构示意图。

具体实施方式：

参照各图，大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法，包括管道单体1和整体式节点4，管道单体1包括外层GFRP圆管12、内层GFRP圆管13、自密实细石混凝土层23和环形传热板14，外层GFRP圆管12内壁周向均等分布有若干个抗剪连接键5，外层GFRP圆管12内环绕内层GFRP圆管13，外层GFRP圆管12与内层GFRP圆管13之间设有夹层，夹层内设有环形传热板14，环形传热板14与管壁之间充满自密实细石混凝土层23，所述的内层GFRP圆管13外壁周向均等分布若干个GFRP高强螺栓7，GFRP高强螺栓7通过双定位螺母9将环形传热板14与内层GFRP圆管13固定，所述的管道单体1两端部分别设有螺栓孔6，螺栓孔6贯穿外层GFRP圆管12、内层GFRP圆管13、自密实细石混凝土层23和环形传热板14；所述的外层GFRP圆管12外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔28和导热管安装孔22，导热管安装孔22外安装钢锚架21，钢锚架21上设有控温装置，控温装置与环形传热板14连接；两个管道单体1之间通过整体式节点4连接，整体式节点4通过高强螺栓8与两个管道单体1端部的螺栓孔6连接，整体式节点4外壁上设有混凝土浇筑孔10和排气孔11，混凝土浇筑孔10和排气孔11间隔分布。所述的整体式节点4包括外层GFRP圆管12、内层GFRP圆管13、自密实细石混凝土层23和环形传热板14，外层GFRP圆管12内壁周向均等分布有若干个抗剪连接键5，外层GFRP圆管12内环绕内层GFRP圆管13，外层GFRP圆管12与内层GFRP圆管13之间设有夹层，夹层内设有环形传热板14，环形传热板14与管壁之间充满自密实细石混凝土层23，所述的内层GFRP圆管13外壁周向均等分布若干个GFRP高强螺栓7，GFRP高强螺栓7通过双定位螺母9将环形传热板14与内层GFRP圆管13固定。所述的整体式节点4的内层GFRP圆管13外径尺寸与管道单体1的内层GFRP圆管13内径尺寸相等；整体式节点4的外层GFRP圆管12内径尺寸与管道单体1的外层GFRP圆管12外径尺寸相等。所述的整体式节点4的外层GFRP圆管12外壁上设有混凝土浇筑孔10和排气孔11，混凝土浇筑孔10和排气孔11间隔分布；整体式节点4的环形传热板14上也设有混凝土浇筑孔10和排气孔11，所述的混凝土浇筑孔10和排气孔11上下位置一一对应。所述的控温装置包括太阳能光伏电板15、电热转换器16、导电线17和导热管18，太阳能光伏电板15通过导电线17与电热转换器16连接，电热转换器16通过导热管18与环形传热板14连接，所述的导电线17和导热管18外分别套有上圆钢管维护结构19和下圆钢管维护结构20，下圆钢管维护结构20通过钢锚架21固定于管道单体1外壁上。所述的下圆钢管维护结构20上部、电热转换器16、上圆钢管维护结构19和太阳能光伏电板15位于地面27上。所述的管道单体1为单管且截面呈圆环状；所述的外层GFRP圆管12和内层GFRP圆管13为无缝的缠绕式GFRP圆管。所述的管道单体1为直线型管道单体、曲管道单体2或者跨越式管道单体3中的一种。所述的管道单体1侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器25，GFRP防屈曲耗能阻尼器25一端通过爪式连接件24与管道单体1外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器25另一端与基础26铰接。所述的爪式连接件24一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器25铰接，爪式连接件24另一端设有预留螺栓孔，预留螺栓孔通过高强螺栓8与外层GFRP圆管预留螺栓孔28连接。

方法步骤如下：

1）先在工厂预制组合管道单体1，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管13、外层GFRP圆管12、抗剪连接键5、GFRP高强螺栓7、与GFRP高强螺栓7配套的双定位螺母9、环形传热板14、爪式连接件24、钢锚架21及控温装置，在内层GFRP圆管13上布置GFRP高强螺栓7，在环形传热板14上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管13上的GFRP高强螺栓7相对应，然后采用双定位螺母9将环形传热板14与内层GFRP圆管13连接固定，在外层GFRP圆管12的内侧设置抗剪连接键5，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔6，在外层GFRP圆管12上设计好的位置预留外层GFRP圆管预留螺栓孔28和导热管安装孔22，将爪式连接件24和钢锚架21与外层GFRP圆管12通过高强螺栓8连接固定，将带有环形传热板14的内层GFRP圆管13同心竖直放在外层GFRP圆管12内，通过导热管安装孔22将导热管18与内外两层GFRP圆管之间的环形传热板14相连，将下圆钢管维护结构20焊接在钢锚架21上，导热管18通过下圆钢管维护结构20引出，将两端的高强螺栓8拧紧，然后从上向下同时在环形传热板14、内层GFRP圆管13和外层GFRP圆管12之间灌注自密实细石混凝土层23，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成组合管道单体1；

2）在工厂预制形成整体式节点4用的内层GFRP圆管13、外层GFRP圆管12和环形传热板14，在整体式节点4的内层GFRP圆管13上布置GFRP高强螺栓7，在整体式节点4的环形传热板14上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管13上的GFRP高强螺栓7相对应，然后通过双定位螺母9将环形传热板14与内层GFRP圆管13连接固定，在整体式节点4的外层GFRP圆管12的内侧设置抗剪连接键5，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔6，在整体式节点4的外层GFRP圆管12的顶部预留混凝土浇筑孔10和排气孔11，在整体式节点4的处环形传热板14上相对应的位置预留混凝土浇筑孔10与排气孔11；

3）将预制好的管道单体1和整体式节点4的内层GFRP圆管13、外层GFRP圆管12和环形传热板14运输到现场，在场地土上布置好管道单体1，然后将已经连接固定好的整体式节点4的内层GFRP圆管13和环形传热板14放到外层GFRP圆管12内，三者同心插入到管道单体1中，用高强螺栓8将管道单体1和未浇混凝土的整体式节点4固定连接，然后利用混凝土泵，通过环形传热板14上的混凝土灌注孔10把搅拌好的自密实细石混凝土先灌注到整体式节点4的环形传热板14和内层GFRP圆管13之间，当环形传热板14上的排气孔11处混凝土溢出时停止灌注，然后在通过外层GFRP圆管12上的混凝土灌注孔10将自密实细石混凝土灌注到整体式节点4的环形传热板14和外层GFRP圆管12之间，当外层GFRP圆管12上的排气孔11处混凝土溢出时停止灌注，通过采用整体式节点4依次连接管道单体1；

4）在工厂预制好GFRP防屈曲耗能阻尼器，在现场通过高强螺栓将其一端与爪式连接件的圆环相连，另一端与基础相连，两端的连接方式均为铰接，沿着管道方向每隔一段距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器；

5）在现场将已经安装的下圆钢管维护结构20和导热管18与电热转换器16相连，再通过上圆钢管维护结构19和导电线17将电热转换器16与太阳能光伏发电板15相连，在管道上每隔一段距离按以上方式布置智能化的控温装置，即完成大直径长输智能化保温组合管道结构的施工。

通过形成的整体式节点将管道单体有机地结合到一起。管道单体侧面间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，当管道单体受到外界干扰发生移动时，GFRP防屈曲耗能阻尼器会实时阻止其移动，消耗掉管道单体的能量，确保管道单体不发生破坏，也确保管道发生振动时，阻尼器能够实时对管道整体起到控制作用。

将内层GFRP圆管和环形传热板同心竖直放在外层GFRP圆管内，从上向下灌注自密实细石混凝土，形成管道单体，便于与整体式节点的连接。

管道单体采用整体式节点连接，很好的保证了整个管道结构的密闭性。

将导电线和导热管通过上、下圆钢管维护结构保护起来，该装置可以将白天吸收的太阳能存储并转化成热能，通过环形传热板传递给整个管道，从而实现管道智能控温，同时环形传热板在内外两层GFRP圆管之间，不会轻易发生破坏。

管道单体侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，GFRP防屈曲耗能阻尼器一端与管道单体之间通过爪式连接件连接，另一端与基础连接，连接方式均为铰接，可确保GFRP防屈曲耗能阻尼器只提供阻尼力，不提供多余约束。GFRP防屈曲耗能阻尼器既能起到连接固定作用又能在地震来临时起到耗能减震作用，大大提高了管道单体的抗震性能。

管道单体可为直线型管道单体、曲管道单体或者跨越式管道单体中的一种。管道单体可多种形式布置，根据需要改变管道的方向，可避开山脉和河流等复杂地形，大大缩短施工周期。

实施例一

参照图1，这种大直径长输智能化保温组合管道结构由直管道单体通过整体式节点连接构成，结合图4、图5所示，直管道单体由内外两层无缝的缠绕式GFRP圆管、环形传热板和夹层自密实细石混凝土形成，如图8、图9、图10、图11所示，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置GFRP抗剪连接键，内层GFRP圆管的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓，通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定，直管道单体之间采用整体式节点现场连接，如图6、图7所示，整体式节点由内外两层GFRP圆管和环形传热板内夹混凝土形成，通过高强螺栓将未浇混凝土的整体式节点与两段管道单体连接固定，在固定好的连接节点中灌注自密实细石混凝土。结合图1所示，管道侧面间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，管道上每隔一段距离布置智能化温控装置（温控装置为太阳能-电热转换器），该装置由太阳能光伏发电板、电热转换器、导电线、导热管和上下圆钢管维护结构组成，导热管下部与环形传热板可靠连接，上部与电热转换器相连，电热转换器通过导电线与太阳能光伏发电板相连。将导电线和导热管通过上、下圆钢管维护结构保护起来。该装置可以将白天吸收的太阳能存储并转化成热能，通过环形传热板传递给整个管道，从而实现管道智能控温。将管道的位移变形控制在允许范围内，确保管道的结构安全和平稳输送。这种大直径长输智能化保温组合管道结构采用的GFRP圆管材料抗拉强度高，质量轻，具有良好的施工工艺性，耐腐蚀性能好，对温度变化不敏感，隔热性好，便于在高严寒区和盐碱地域应用，同时可输送钢质管道所不能输送的的液体和气体，同时可确保输送介质的稳定。

如图4所示，在内、外层GFRP圆管和环形传热板的两个端部预留螺栓孔，如图14、图15所示，在内外两层GFRP圆管和环形传热板的两端预留螺栓孔，在外层GFRP圆管侧面和上面预留螺栓孔和导热管安装孔，在外层GFRP圆管的内侧设置抗剪连接键，在内层GFRP圆管的外侧预先布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上相对应的位置预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管上的GFRP高强螺栓的位置相对应，然后通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管连接固定，将爪式连接件与外层GFRP圆管通过高强螺栓连接固定。将带有环形传热板的内层GFRP圆管同心竖直放在外层GFRP圆管内，保证内外层GFRP圆管预留的螺栓孔一一对应。将下圆钢管维护结构通过钢锚架固定在外层GFRP圆管上，通过导热管安装孔将导热管一端与环形传热板相连，另一端通过下圆钢管维护结构引出。从上向下灌注自密实细石混凝土，形成管道单体，便于与整体式节点连接。大直径长输智能化保温组合管道结构内表面光滑，对输送介质阻力小，沉积介质相对较少，可大大提高管道的输送效率。

如图6、图7所示，整体式节点由内、外层GFRP圆管、环形传热板和自密实细石混凝土构成，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置GFRP抗剪连接键，在内层GFRP圆管的外侧按一定规律布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔和GFRP高强螺栓位置相对应，通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，通过高强螺栓将其与大直径长输智能化保温组合管道单体连接，在固定好的未浇混凝土的整体式节点中灌注自密实细石混凝土。管道采用整体式节点连接，很好的保证了整个管道结构的密闭性。用局部现浇混凝土实现管道的装配式连接，改变了传统管道的连接方式。管道经久耐用，满足设计使用年限要求。

如图14、图16、图17、图18所示，这种大直径长输智能化保温组合管道结构侧面布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，一端通过爪式连接件与管道相连，另一端与基础相连，两端的连接方式均为铰接。GFRP防屈曲耗能阻尼器在大直径长输智能化保温组合管道结构中既能起到侧向固定作用，又能在地震时起到耗能减震的作用，有效地提高了管道的抗震性能。

如图19所示，这种大直径长输智能化保温组合管道上布置控温装置，该装置由太阳能光伏发电板、电热转换器、导电线、导热管和上下圆钢管维护结构组成，导热管下部与环形传热板可靠连接，上部与电热转换器相连，电热转换器通过导电线与太阳能光伏发电板相连。将导电线和导热管通过上、下圆钢管维护结构保护起来。该装置可以将白天吸收的太阳能存储并转化成热能，通过环形传热板传递给整个管道，从而实现管道智能控温。

施工方法为：如上述施工步骤。

实施例二

参照图2，这种大直径长输智能化保温组合管道结构由直管道单体、曲管道单体通过整体式节点连接构成，结合图12所示，曲管道单体由内外两层无缝的缠绕式GFRP圆管、环形传热板和夹层自密实细石混凝土形成，如图9、图11所示，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置GFRP抗剪连接键，内层GFRP圆管的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓，通过双定位螺母和GFRP高强螺将环形传热板与内层GFRP圆管固定。直管道单体与曲管道单体之间采用整体式节点现场连接，如图6、图7所示，整体式节点由内、外层GFRP圆管、环形传热板和自密实细石混凝土构成，在节点内层GFRP圆管的外侧按一定规律布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔和GFRP高强螺栓位置相对应，通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，通过高强螺栓将其与大直径长输智能化保温组合管道单体连接，在固定好的未浇混凝土的整体式节点中灌注自密实细石混凝土，结合图2所示，管道侧面间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器，管道上每隔一段距离布置控温装置，该装置由太阳能光伏发电板、电热转换器、环形传热板和导热管组成，导热管下部与环形传热板可靠连接，上部与电热转换器相连，电热转换器通过导电线与太阳能光伏发电板相连。将导电线和导热管通过上、下圆钢管维护结构保护起来。该装置可以将白天吸收的太阳能存储并转化成热能，通过环形传热板传递给整个管道，从而实现管道智能控温。大直径长输智能化保温组合管道适用性强，管道可直线和曲线布置相结合，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等，大大缩短施工周期。

施工方法为：先在工厂预制曲管道单体，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管、外层GFRP圆管、GFRP抗剪连接键、GFRP高强螺栓及配套螺母、环形传热板、爪式连接件、钢锚架及太阳能-电-热转换控温装置。在内层GFRP圆管上布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管上的GFRP高强螺栓相对应，然后采用双定位螺母将环形传热板连接固定。在外层GFRP圆管的内侧设置GFRP抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上设计好的位置预留螺栓孔和导热管安装孔，将爪式连接件和钢锚架与外层GFRP圆管通过高强螺栓连接固定。将带有环形传热板的内层GFRP圆管同心放在外层GFRP圆管内，通过导热管安装孔将导热管与内外两层GFRP圆管之间的环形传热板相连，将下圆钢管维护结构焊接在钢锚架上，导热管通过下圆钢管维护结构引出。将组装完未浇混凝土的曲管道呈立式布置，可靠固定，将两端的高强螺栓拧紧，从较高一端在环形传热板、内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间灌注自密实细石混凝土，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成曲管道单体。其他施工方法同实施例一。

实施例三

参照图3，这种大直径长输智能化保温组合管道结构由直管道单体、跨越式管道单体通过整体式节点连接构成，结合图13所示，跨越式管道单体由内外两层无缝的缠绕式GFRP圆管和环形传热板内夹自密实细石混凝土形成，如图9、图11所示，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置GFRP抗剪连接键，内层GFRP圆管的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓，通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定，直管道单体与跨越式管道单体之间采用整体式节点现场连接，如图6、图7所示，整体式节点由内、外层GFRP圆管、环形传热板和自密实细石混凝土构成，在内层GFRP圆管的外侧按一定规律布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔和GFRP高强螺栓位置相对应，通过双定位螺母将环形传热板与内层GFRP圆管固定，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，通过高强螺栓将其与大直径长输智能化保温组合管道单体连接，在固定好的未浇混凝土的整体式节点中灌注自密实细石混凝土。结合图3所示，管道侧面间隔一定距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器。管道上每隔一段距离布置控温装置，该装置由太阳能光伏发电板、电热转换器、环形传热板和导热管组成，导热管下部与环形传热板可靠连接，上部与电热转换器相连，电热转换器通过导电线与太阳能光伏发电板相连。将导电线和导热管通过上、下圆钢管维护结构保护起来。该装置可以将白天吸收的太阳能存储并转化成热能，通过环形传热板传递给整个管道，从而实现管道智能控温。大直径长输智能化保温组合管道适用性强，管道可直线、曲线和跨越式布置相结合，解决了传统管道单一局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等，大大缩短施工周期。

施工方法为：在工厂预制跨越式管道单体，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管、外层GFRP圆管、GFRP抗剪连接键、GFRP高强螺栓及配套螺母、环形传热板、爪式连接件、钢锚架及太阳能-电-热转换控温装置。在内层GFRP圆管上布置GFRP高强螺栓，在环形传热板上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管上的GFRP高强螺栓相对应，然后采用双定位螺母将环形传热板连接固定。在外层GFRP圆管的内侧设置GFRP抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上设计好的位置预留螺栓孔和导热管安装孔，将爪式连接件和钢锚架与外层GFRP圆管通过高强螺栓连接固定。然后将带有环形传热板的内层GFRP圆管同心放在外层GFRP圆管内，通过导热管安装孔将导热管与内外两层GFRP圆管之间的环形传热板相连，将下圆钢管维护结构焊接在钢锚架上，导热管通过下圆钢管维护结构引出。将组装完未浇混凝土的跨越式管道呈凹型布置，可靠固定，与实际工程应用时布置相反，将两端的高强螺栓拧紧，从另一端在环形传热板、内层GFRP圆管和外层GFRP圆管之间灌注自密实细石混凝土，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成跨越式管道单体。其他施工方法同实施例一。

综上所述，本大直径长输智能化保温组合管道结构及其施工方法，用局部现浇自密实混凝土实现管道的装配式连接，改变了传统管道的连接方式，管道可长期密闭性好，经久耐用，满足设计使用年限要求；采用GFRP与自密实混凝土的组合截面形式，充分利用两种材料的力学性能，大大提高管道的承载能力和稳定性能，适用于大管径的输送管道；采用GFRP防屈曲耗能阻尼器，既能起到固定连接作用，又能在地震时起到耗能减震的作用，提高了管道的抗震性能；采用的GFRP圆管非金属材料抗拉强度高，质量轻，具有良好的施工工艺性，耐腐蚀性能好，对温度变化不敏感，隔热性好，便于在高严寒区和盐碱地域应用，同时可输送钢质管道所不能输送的的液体和气体，同时确保输送介质的稳定性；在管道上设置了控温装置，该装置白天可以将吸收的太阳能存储并转化成热能，通过导热管和环形传热板传递给整个管道，从而实现智能控温；管道适用性强，管道可直线、曲线和跨越式布置，解决了传统管道局限性的问题，可埋于地下，也可设置在地上，针对复杂地形灵活布置，可避开山脉和河流等；管道内表面光滑，对输送介质阻力小，沉积介质相对较少，可大大提高管道的输送效率；管道单体和整体式节点可工厂预制，现场安装，大大缩短施工周期；管道在地下复杂环境下防水性能好，抗冻融能力强，可明显提高管道的抗疲劳性能。

Claims (10)

1.一种大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：包括管道单体（1）和整体式节点（4），管道单体（1）包括外层GFRP圆管（12）、内层GFRP圆管（13）、自密实细石混凝土层（23）和环形传热板（14），外层GFRP圆管（12）内壁周向均等分布有若干个抗剪连接键（5），外层GFRP圆管（12）内环绕内层GFRP圆管（13），外层GFRP圆管（12）与内层GFRP圆管（13）之间设有夹层，夹层内设有环形传热板（14），环形传热板（14）与管壁之间充满自密实细石混凝土层（23），所述的内层GFRP圆管（13）外壁周向均等分布若干个GFRP高强螺栓（7），GFRP高强螺栓（7）通过双定位螺母（9）将环形传热板（14）与内层GFRP圆管（13）固定，所述的管道单体（1）两端部分别设有螺栓孔（6），螺栓孔（6）贯穿外层GFRP圆管（12）、内层GFRP圆管（13）、自密实细石混凝土层（23）和环形传热板（14）；所述的外层GFRP圆管（12）外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔（28）和导热管安装孔（22），导热管安装孔（22）外安装钢锚架（21），钢锚架（21）上设有控温装置，控温装置与环形传热板（14）连接；两个管道单体（1）之间通过整体式节点（4）连接，整体式节点（4）通过高强螺栓（8）与两个管道单体（1）端部的螺栓孔（6）连接，整体式节点（4）外壁上设有混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11），混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11）间隔分布。

2.根据权利要求1所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的整体式节点（4）包括外层GFRP圆管（12）、内层GFRP圆管（13）、自密实细石混凝土层（23）和环形传热板（14），外层GFRP圆管（12）内壁周向均等分布有若干个抗剪连接键（5），外层GFRP圆管（12）内环绕内层GFRP圆管（13），外层GFRP圆管（12）与内层GFRP圆管（13）之间设有夹层，夹层内设有环形传热板（14），环形传热板（14）与管壁之间充满自密实细石混凝土层（23），所述的内层GFRP圆管（13）外壁周向均等分布若干个GFRP高强螺栓（7），GFRP高强螺栓（7）通过双定位螺母（9）将环形传热板（14）与内层GFRP圆管（13）固定。

3.根据权利要求2所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的整体式节点（4）的内层GFRP圆管（13）外径尺寸与管道单体（1）的内层GFRP圆管（13）内径尺寸相等；整体式节点（4）的外层GFRP圆管（12）内径尺寸与管道单体（1）的外层GFRP圆管（12）外径尺寸相等。

4.根据权利要求2所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的整体式节点（4）的外层GFRP圆管（12）外壁上设有混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11），混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11）间隔分布；整体式节点（4）的环形传热板（14）上也设有混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11），所述的混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11）上下位置一一对应。

5.根据权利要求1所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的控温装置包括太阳能光伏电板（15）、电热转换器（16）、导电线（17）和导热管（18），太阳能光伏电板（15）通过导电线（17）与电热转换器（16）连接，电热转换器（16）通过导热管（18）与环形传热板（14）连接，所述的导电线（17）和导热管（18）外分别套有上圆钢管维护结构（19）和下圆钢管维护结构（20），下圆钢管维护结构（20）通过钢锚架（21）固定于管道单体（1）外壁上。

6.根据权利要求5所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的下圆钢管维护结构（20）上部、电热转换器（16）、上圆钢管维护结构（19）和太阳能光伏电板（15）位于地面（27）上。

7.根据权利要求1所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的管道单体（1）为单管且截面呈圆环状；所述的外层GFRP圆管（12）和内层GFRP圆管（13）为无缝的缠绕式GFRP圆管。

8.根据权利要求1所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的管道单体（1）为直线型管道单体、曲管道单体（2）或者跨越式管道单体（3）中的一种。

9.根据权利要求1所述的大直径长输智能化保温组合管道结构，其特征在于：所述的管道单体（1）侧面水平对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器（25），GFRP防屈曲耗能阻尼器（25）一端通过爪式连接件（24）与管道单体（1）外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器（24）另一端与基础（26）铰接；爪式连接件（24）一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器（25）铰接，爪式连接件（24）另一端设有预留螺栓孔，预留螺栓孔通过高强螺栓（8）与外层GFRP圆管预留螺栓孔（28）连接。

10.一种根据权利要求1所述的大直径长输智能化保温组合管道结构的施工方法，其特征在于：方法步骤如下：

先在工厂预制组合管道单体（1），按照尺寸要求制作内层GFRP圆管（13）、外层GFRP圆管（12）、抗剪连接键（5）、GFRP高强螺栓（7）、与GFRP高强螺栓（7）配套的双定位螺母（9）、环形传热板（14）、爪式连接件（24）、钢锚架（21）及控温装置，在内层GFRP圆管（13）上布置GFRP高强螺栓（7），在环形传热板（14）上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管（13）上的GFRP高强螺栓（7）相对应，然后采用双定位螺母（9）将环形传热板（14）与内层GFRP圆管（13）连接固定，在外层GFRP圆管（12）的内侧设置抗剪连接键（5），在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔（6），在外层GFRP圆管（12）上设计好的位置预留外层GFRP圆管预留螺栓孔（28）和导热管安装孔（22），将爪式连接件（24）和钢锚架（21）与外层GFRP圆管（12）通过高强螺栓（8）连接固定，将带有环形传热板（14）的内层GFRP圆管（13）同心竖直放在外层GFRP圆管（12）内，通过导热管安装孔（22）将导热管（18）与内外两层GFRP圆管之间的环形传热板（14）相连，将下圆钢管维护结构（20）焊接在钢锚架（21）上，导热管（18）通过下圆钢管维护结构（20）引出，将两端的高强螺栓（8）拧紧，然后从上向下同时在环形传热板（14）、内层GFRP圆管（13）和外层GFRP圆管（12）之间灌注自密实细石混凝土层（23），在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓，形成螺栓孔，养护后形成组合管道单体（1）；

在工厂预制形成整体式节点（4）用的内层GFRP圆管（13）、外层GFRP圆管（12）和环形传热板（14），在整体式节点（4）的内层GFRP圆管（13）上布置GFRP高强螺栓（7），在整体式节点（4）的环形传热板（14）上预留螺栓孔，使螺栓孔与内层GFRP圆管（13）上的GFRP高强螺栓（7）相对应，然后通过双定位螺母（9）将环形传热板（14）与内层GFRP圆管（13）连接固定，在整体式节点（4）的外层GFRP圆管（12）的内侧设置抗剪连接键（5），在内、外层GFRP圆管的两个端部预留螺栓孔（6），在整体式节点（4）的外层GFRP圆管（12）的顶部预留混凝土浇筑孔（10）和排气孔（11），在整体式节点（4）的处环形传热板（14）上相对应的位置预留混凝土浇筑孔（10）与排气孔（11）；

将预制好的管道单体（1）和整体式节点（4）的内层GFRP圆管（13）、外层GFRP圆管（12）和环形传热板（14）运输到现场，在场地土上布置好管道单体（1），然后将已经连接固定好的整体式节点（4）的内层GFRP圆管（13）和环形传热板（14）放到外层GFRP圆管（12）内，三者同心插入到管道单体（1）中，用高强螺栓（8）将管道单体（1）和未浇混凝土的整体式节点（4）固定连接，然后利用混凝土泵，通过环形传热板（14）上的混凝土灌注孔（10）把搅拌好的自密实细石混凝土先灌注到整体式节点（4）的环形传热板（14）和内层GFRP圆管（13）之间，当环形传热板（14）上的排气孔（11）处混凝土溢出时停止灌注，然后在通过外层GFRP圆管（12）上的混凝土灌注孔（10）将自密实细石混凝土灌注到整体式节点（4）的环形传热板（14）和外层GFRP圆管（12）之间，当外层GFRP圆管（12）上的排气孔（11）处混凝土溢出时停止灌注，通过采用整体式节点（4）依次连接管道单体（1）；

在工厂预制好GFRP防屈曲耗能阻尼器（25），在现场通过高强螺栓（8）将其一端与爪式连接件（24）的圆环相连，另一端与基础（26）相连，两端的连接方式均为铰接，沿着管道方向每隔一段距离对称布置GFRP防屈曲耗能阻尼器（25）；

在现场将已经安装的下圆钢管维护结构（20）和导热管（18）与电热转换器（16）相连，再通过上圆钢管维护结构（19）和导电线（17）将电热转换器（16）与太阳能光伏发电板（15）相连，在管道上每隔一段距离按以上方式布置智能化的控温装置，即完成大直径长输智能化保温组合管道结构的施工。

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