CN110630824B - 大直径长输保温组合管道结构及其施工方法 - Google Patents

大直径长输保温组合管道结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种大直径长输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保温板，所述的管道单体两端部分别设有螺栓孔；外层GFRP圆管外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔；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。本大直径长输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保温组合管道结构及其施工方法。
背景技术：
在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，在寒冷地区无法对运输的气体或液体起到保温效果。后来人们开始在管道外包裹一层保温板，但是随着时间的推移，外层保温板逐渐遭到破坏，并且维修比较困难。
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保温板，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，夹层内设有保温板，保温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保温板与内层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保温板；所述的外层GFRP圆管外壁上设有外层GFRP圆管预留螺栓孔；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保温板，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，夹层内设有保温板，保温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保温板与内层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；整体式节点的保温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。
所述的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)先在工厂预制管道单体，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管、外层GFRP 圆管和保温板，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，内层GFRP 圆管的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓，在保温板上预先布置保温板螺栓孔，使保温板螺栓孔和GFRP高强螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管固定，在内、外层GFRP圆管和保温板的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管外壁上预留外层GFRP圆管预留螺栓孔，将爪式连接件通过外层GFRP圆管预留螺栓孔和高强螺栓与外层GFRP圆管连接好,将内层GFRP圆管和保温板同心竖直放在外层GFRP圆管内，将两端的高强螺栓拧紧，从上向下同时在保温板、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圆管和保温板，在内层GFRP圆管上布置GFRP高强螺栓，在保温板上预留保温板螺栓孔，使保温板螺栓孔和GFRP高强螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层 GFRP圆管固定，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，在内、外层GFRP圆管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，在整体式节点处保温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构成整体式节点的内层GFRP圆管、外层GFRP 圆管和整体式节点处的保温板运输到现场，在场地土上布置好管道单体，然后将已经连接固定好的内层GFRP圆管和保温板放到外层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整体式节点固定连接；然后利用混凝土泵，通过混凝土浇筑孔把搅拌好的自密实细石混凝土先灌注到整体式节点的保温板和内层GFRP圆管之间，当保温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圆管上的混凝土浇筑孔将自密实细石混凝土灌注到保温板和外层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，即完成大直径长输保温组合管道的施工。
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)在内、外层GFRP圆管中间设置保温板，可以对高严寒区运输的气体或液体起到保温作用，保持运输介质的流动性；
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是本发明管道单体截面示意图；
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是本发明爪式连接件结构示意图；
图16是本发明爪式连接件的剖面示意图；
图17是本发明GFRP防屈曲耗能阻尼器示意图。
具体实施方式：
参照各图，大直径长输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15和保温板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，夹层内设有保温板14，保温板14与管壁之间充满自密实细石混凝土层15，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将保温板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15和保温板 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19；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15和保温板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，夹层内设有保温板14，保温板14与管壁之间充满自密实细石混凝土层15，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将保温板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的保温板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17，GFRP 防屈曲耗能阻尼器17一端通过爪式连接件16与管道单体1外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器17另一端与基础18铰接。所述的爪式连接件16一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器17铰接，爪式连接件16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19连接。
方法步骤如下：
1)先在工厂预制管道单体1，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管13、外层 GFRP圆管12和保温板14，外层GFRP圆管12的内侧按一定规律设置抗剪连接键5，内层GFRP圆管13的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓7，在保温板14 上预先布置保温板螺栓孔，使保温板螺栓孔和GFRP高强螺栓7位置相对应，通过双定位螺母9将保温板14与内层GFRP圆管13固定，在内、外层GFRP圆管和保温板14的两个端部预留螺栓孔6，在外层GFRP圆管12外壁上预留外层GFRP 圆管预留螺栓孔19，将爪式连接件16通过外层GFRP圆管预留螺栓孔19和高强螺栓8与外层GFRP圆管12连接好,将内层GFRP圆管13和保温板14同心竖直放在外层GFRP圆管12内，将两端的高强螺栓8拧紧，从上向下同时在保温板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15，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓8，形成螺栓孔6，养护后形成管道单体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和保温板14，在内层GFRP圆管13上布置GFRP高强螺栓7，在保温板14上预留保温板螺栓孔，使保温板螺栓孔和GFRP高强螺栓7位置相对应，通过双定位螺母9将保温板14与内层GFRP圆管13固定，外层GFRP圆管12的内侧按一定规律设置抗剪连接键5，在内、外层GFRP圆管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处保温板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和构成整体式节点4的内层GFRP圆管13、外层 GFRP圆管12和整体式节点4处的保温板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内层GFRP圆管13和保温板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和整体式节点4固定连接；然后利用混凝土泵，通过混凝土浇筑孔10把搅拌好的自密实细石混凝土先灌注到整体式节点4的保温板14和内层GFRP圆管13之间，当保温板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上的混凝土浇筑孔10将自密实细石混凝土灌注到保温板14和外层GFRP圆管之间12，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17，在现场通过高强螺栓8，将其一端与爪式连接件16的圆环相连，另一端与基础18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17，即完成大直径长输保温组合管道的施工。
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圆管和保温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。
设置保温板可以对管道内输送的介质起到保温作用，同时保温板在内外两层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，这种大直径长输保温组合管道结构体系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、保温板和夹层自密实细石混凝土层形成，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，通过双定位螺母将保温板与内层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圆管和保温板内夹自密实混凝土层形成，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，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，同时确保输送介质的稳定；在管道单体夹层内设置保温板，可以对管道内输送的介质起到保温效果，适用于高严寒地区。
如图4所示，在内、外层GFRP圆管和保温板的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管侧面预留螺栓孔，在内层GFRP圆管上预先布置GFRP高强螺栓，在保温板上相对应的位置预留螺栓孔，将保温板套在内层GFRP圆管上，使螺栓孔与内层GFRP圆管上的GFRP高强螺栓的位置相对应，然后安装双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管连接固定，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接。将已经固定好的内层GFRP圆管和保温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。大直径长输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、保温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，在保温板上预先布置螺栓孔，使螺栓孔和螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管固定，将内层GFRP圆管和保温板放到外层GFRP圆管内，通过高强螺栓将其与GFRP夹层自密实混凝土组合管道单体连接，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。管道经久耐用，满足设计使用年限要求。
如图14、图15、图16、图17所示，这种大直径长输保温组合管道结构体系侧面布置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保温组合管道结构体系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。
施工方法如上述施工步骤。
实施例二
参照图2，这种大直径长输保温组合管道结构体系由直管道单体、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、保温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，通过双定位螺母将保温板与内层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、保温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，在保温板上预先布置螺栓孔，使螺栓孔和螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管固定，将已经固定好的内层GFRP 圆管和保温板放到外层GFRP圆管内，通过高强螺栓将其与GFRP夹层自密实混凝土组合管道单体连接，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，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。大直径长输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：在工厂预制曲管道单体，按照尺寸要求预制内层曲线GFRP 圆管、外层曲线GFRP圆管和保温板，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，内层GFRP圆管的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓，在保温板上预先布置螺栓孔，使螺栓孔和GFRP高强螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管固定，在内、外层GFRP圆管和保温板的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上预留螺栓孔，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接好。将已经固定好的内层GFRP圆管和保温板同心放在外层GFRP圆管内，将两端的高强螺栓拧紧，将组装完未浇混凝土的曲管道呈立式布置，可靠固定，从较高一端在保温板、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，这种大直径长输保温组合管道结构体系由直管道单体、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圆管和保温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，通过双定位螺母将保温板与内层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、保温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，在保温板上预先布置螺栓孔，使螺栓孔和螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管固定，将已经固定好的内层GFRP圆管和保温板放到外层GFRP圆管内，通过高强螺栓将其与GFRP 夹层自密实混凝土组合管道单体连接，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，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。大直径长输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，按照尺寸要求预制内层曲线 GFRP圆管、外层曲线GFRP圆管和保温板，外层GFRP圆管的内侧按一定规律设置抗剪连接键，内层GFRP圆管的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓，在保温板上预先布置螺栓孔，使螺栓孔和螺栓位置相对应，通过双定位螺母将保温板与内层GFRP圆管固定，在内、外层GFRP圆管和保温板的两个端部预留螺栓孔，在外层GFRP圆管上预留螺栓孔，将爪式连接件与外层GFRP圆管连接好。将内层GFRP圆管和保温板同心放在外层GFRP圆管内，将两端的高强螺栓拧紧，将管道呈凹型布置，同时从一侧在保温板、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，松开且复返扭动高强螺栓，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；在内、外层GFRP圆管中间设置保温板，可以对高严寒区运输的气体或液体起到保温作用，保持运输介质的流动性；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 (9)

1.一种大直径长输保温组合管道结构，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(15)和保温板(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，夹层内设有保温板(14)，保温板(14)与管壁之间充满自密实细石混凝土层(15)，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)将保温板(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(15)和保温板(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(19)；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(15)和保温板(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，夹层内设有保温板(14)，保温板(14)与管壁之间充满自密实细石混凝土层(15)，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)将保温板(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)的保温板(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。
6.根据权利要求1所述的大直径长输保温组合管道结构，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。
7.根据权利要求1所述的大直径长输保温组合管道结构，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(17)，GFRP防屈曲耗能阻尼器(17)一端通过爪式连接件(16)与管道单体(1)外壁连接，GFRP防屈曲耗能阻尼器(17)另一端与基础(18)铰接。
8.根据权利要求1或7所述的大直径长输保温组合管道结构，其特征在于：爪式连接件(16)一端带有圆环且与GFRP防屈曲耗能阻尼器(17)铰接，爪式连接件(16)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(19)连接。
9.一种根据权利要求1所述的大直径长输保温组合管道结构的施工方法，其特征在于：方法步骤如下：
1)先在工厂预制管道单体(1)，按照尺寸要求制作内层GFRP圆管(13)、外层GFRP圆管(12)和保温板(14)，外层GFRP圆管(12)的内侧按一定规律设置抗剪连接键(5)，内层GFRP圆管(13)的外侧按一定规律设置GFRP高强螺栓(7)，在保温板(14)上预先布置保温板螺栓孔，使保温板螺栓孔和GFRP高强螺栓(7)位置相对应，通过双定位螺母(9)将保温板(14)与内层GFRP圆管(13)固定，在内、外层GFRP圆管和保温板(14)的两个端部预留螺栓孔(6)，在外层GFRP圆管(12)外壁上预留外层GFRP圆管预留螺栓孔(19)，将爪式连接件(16)通过外层GFRP圆管预留螺栓孔(19)和高强螺栓(8)与外层GFRP圆管(12)连接好,将内层GFRP圆管(13)和保温板(14)同心竖直放在外层GFRP圆管(12)内，将两端的高强螺栓(8)拧紧，从上向下同时在保温板(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(15)，在混凝土初凝后，松开且反复扭动高强螺栓(8)，形成螺栓孔(6)，养护后形成管道单体(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)和保温板(14)，在内层GFRP圆管(13)上布置GFRP高强螺栓(7)，在保温板(14)上预留保温板螺栓孔，使保温板螺栓孔和GFRP高强螺栓(7)位置相对应，通过双定位螺母(9)将保温板(14)与内层GFRP圆管(13)固定，外层GFRP圆管(12)的内侧按一定规律设置抗剪连接键(5)，在内、外层GFRP圆管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)处保温板(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)和构成整体式节点(4)的内层GFRP圆管(13)、外层GFRP圆管(12)和整体式节点(4)处的保温板(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内层GFRP圆管(13)和保温板(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)和整体式节点(4)固定连接；然后利用混凝土泵，通过混凝土浇筑孔(10)把搅拌好的自密实细石混凝土先灌注到整体式节点(4)的保温板(14)和内层GFRP圆管(13)之间，当保温板(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)上的混凝土浇筑孔(10)将自密实细石混凝土灌注到保温板(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(17)，在现场通过高强螺栓(8)，将其一端与爪式连接件(16)的圆环相连，另一端与基础(18)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(17)，即完成大直径长输保温组合管道的施工。
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