CN111749467A - 一种钢管混凝土用的顶升装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土用的顶升装置，包括与地泵连接的地泵输送管、用于灌注混凝土的中空钢柱以及开设在钢柱表面的注浆孔，所述的钢柱内部设置有柱内止流装置，钢柱外部设置有电控永磁连接装置，所述的电控永磁连接装置包括法兰盘、连接管和磁性吸盘，法兰盘和磁性吸盘中心处均开设有通孔，通孔内径均不小于注浆孔孔径，法兰盘和磁性吸盘通过连接管连接为一体结构，磁性吸盘上安装有控制磁性吸盘充磁和退磁的电脉冲控制器，法兰盘与地泵输送管连接，磁性吸盘覆盖在注浆孔处的钢柱外表面上并通过充磁后的磁力作用吸附在钢柱上，磁性吸盘的通孔中心线与注浆孔的中心线重合。本发明装置简单、操作便捷，成本较低，周转利用率高。

Description

一种钢管混凝土用的顶升装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及工业、民建、公共、桥梁等工程技术领域，尤其是涉及一种钢管混凝土用的顶升装置及其施工方法。

背景技术

近年随着我国城市化进程的不断加速，国际地位的不断提升，各类国际性大型会议和商务交流活动纷纷登录我国，全国各地区超大型建筑体应运而生，各地区建设了符合当地战略规划的国际会议中心、国际展览中心、国际体育中心等，对全面提升城市品质具有重大意义，进而各类型的特殊结构应用的也越发广泛，钢混结构因其结构的合理性，施工的快捷性在建筑施工中具有广阔的前景。钢管混凝土顶升浇筑施工作为一种先进的工艺，结合二者的特点，使混凝土具有更高的抗压承载能力，钢柱又具有很好的延展性和抗震性，目前在多高层、工业建筑、桥梁工程等中得到了很好的推广和使用。

目前传统的钢管混凝土顶升施工工艺中，多数需要在钢柱的注浆孔处焊接一根短管，在焊接短管与地泵输送管之间设置止流装置。其主要问题在于地泵输送管与钢柱注浆孔之间需要焊接短管，在顶升完毕后，泵车撤离，待到混凝土初凝后，切割短管，同时对切割口进行打磨处理，再焊接封浆孔、进而补漆。同时连接短管存在一定的消耗，且连接装置必须等混凝土初凝后才可拆除，不能连续作业，导致机械和人工成本加大，工期延长，该种施工方法耗时耗工，效率低下，复杂繁琐。此专利可有效解决传统工艺带来的问题，能够大幅度降低机械和人工成本、可有力提高施工效率。此装置是一种造型简单，成本较低，安全高效的施工用具。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种钢管混凝土用的顶升装置及其施工方法，该装置结构简单，操作方便，成本低，可以重复使用，解决了现有顶升装置的连接管消耗量大，不能连续作业，人工成本高，工期长，效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种钢管混凝土用的顶升装置，包括与地泵连接的地泵输送管、用于灌注混凝土的中空钢柱以及开设在钢柱表面的注浆孔，所述的钢柱内部设置有柱内止流装置，钢柱外部设置有电控永磁连接装置，所述的电控永磁连接装置包括法兰盘、连接管和磁性吸盘，法兰盘和磁性吸盘中心处均开设有通孔，通孔内径均不小于注浆孔孔径，法兰盘和磁性吸盘通过连接管连接为一体结构，磁性吸盘上安装有控制磁性吸盘充磁和退磁的电脉冲控制器，使用电脉冲控制开关，利用磁通的连续性原理及磁场的叠加原理，通过磁系的相对运动，实现工作磁极面上磁场强度的相加或相消，从而达到吸持和卸载的目的。通过该种施工方法即可解决传统施工工艺中焊接连接短管所存在的工作效率低、机械投入大的问题。目前电控永磁吸盘技术已非常成熟，广泛的应用于冶金行业、电力行业、建材行业、机械行业、造船行业、化工行业、汽车行业、自动化行业、模具等行业。但应用于建筑行业的仍然较少，目前国内钢管混凝土顶升应用市场十分广泛，电控永磁连接装置，将会是钢管混凝土顶升施工工艺的一次革新，大型建筑工程中，需要顶升的钢管多达上千根，混凝土上万方。随着社会经济的加速发展，工程建设的工期都相对十分紧张，如何提高施工效率已成为建筑企业面临的共同难题，必须进行施工技术革新，即提高施工效率，又节省施工成本。使用电控永磁连接装置后，“开和关”所需时间少于1秒钟，即可实现连接与卸除，通过一个环节的工艺改变，即可大幅度提高人工、机械的周转效率。法兰盘与地泵输送管连接，磁性吸盘覆盖在注浆孔处的钢柱外表面上并通过充磁后的磁力作用吸附在钢柱上，磁性吸盘的通孔中心线与注浆孔的中心线重合。

所述的磁性吸盘与钢柱的静摩擦力等于1-3倍的浇筑状态下电控永磁连接装置的重力，假定磁性吸盘与钢柱的摩擦系数为μ，电控永磁连接装置以及内部混凝土的总重力为G，磁性吸盘的磁性作用力需要满足μF＞G，电控永磁铁吸力最大16Kn/cm²的强大吸力，不随时间的延长而衰退，定制该发明的产品前，可根据实验和计算确定受力情况，同时按照3倍的安全系数进行设计，从而根据受力情况可以确定吸盘面积。

所述的法兰盘与地泵输送管连接的一端端面上开设有法兰盘凹槽，法兰盘凹槽内填充有法兰盘密封圈。

所述的磁性吸盘与钢柱连接的一端端面上开设有吸盘凹槽，吸盘凹槽内填充有吸盘密封圈。

所述的柱内止流装置包括止流板，止流板上开设有与注浆孔相互匹配的止流板通孔，止流板贴设在钢柱内壁上，止流板靠近钢柱内壁的一侧上还固定有定位螺母，贯穿钢柱侧壁设置有安装螺栓，安装螺栓上拧设有锁紧螺母，安装螺栓拧入定位螺母中后通过锁紧螺母固定在钢柱上，钢柱侧壁上开设有竖直设置的滑槽，通过安装螺栓在滑槽内滑动改变止流板的位置使止流板具备封堵注浆孔和打开注浆孔两种状态。

所述的安装螺栓位于滑槽顶部时，止流板处于打开注浆孔状态，且注浆孔的中心线与止流板通孔中心线重合，安装螺栓位于滑槽底部时止流板处于封堵注浆孔状态。

所述的滑槽设置有两个对称的分布在注浆孔的两侧，每个滑槽内均设置有一个安装螺栓，每个安装螺栓上均安装有一个锁紧螺母，止流板上设置有两个与安装螺栓相互匹配的定位螺母。

在止流板处于打开注浆孔状态下，所述的滑槽被止流板封堵，在止流板处于封堵注浆孔状态下，所述的滑槽经过封堵处理，封堵处理的手段采用两种形式，第一种形式为通过止流板与钢柱内壁贴近配合的形式实现封堵，设计时候计算滑槽的长度，位于止流板通孔上方的定位螺栓与止流板上方边缘的距离大于止流板滑动的行程，位于止流板通孔下方的定位螺栓与止流板通孔下方边缘的距离大于止流板滑动的行程，即为止流板在滑槽内滑动后滑槽依然被止流板封堵，第二种形式为在止流板处于打开注浆孔状态时，止流板封堵滑槽，止流板滑动后滑槽将无法被止流板封堵而是通过在钢柱外壁上进行焊接处理后进行封堵，采用第二种形式可以减少止流板的长度，一方面可以减少材料，另一方面可以减少在调整过程中止流板产生的阻力。

利用权利所述的钢管混凝土用的顶升装置的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、在钢柱上加工注浆孔，根据注浆孔的位置在钢柱上加工滑槽，并安装止流板，先将贯穿钢柱侧壁的安装螺栓拧入定位螺母内后控制锁紧螺母将安装螺栓固定在滑槽最顶端，且止流板通孔的中心线与注浆孔的中心线重合；

步骤二、取电控永磁连接装置在法兰盘凹槽和吸盘凹槽内分别安装法兰盘密封圈和吸盘密封圈，然后将法兰盘与地泵输送管通过螺栓固定在一起，人工控制磁性吸盘的通孔中心线与注浆孔中心线重合，操作电脉冲控制器对磁性吸盘进行充磁，使磁性吸盘在磁性作用力下固定在钢柱上，检测各个连接口的连接情况，检测完毕后控制地泵开始灌浆进行顶升操作；

步骤三、顶升完成后，停止灌浆，松开锁紧螺母，然后对安装螺栓施加作用力使安装螺栓滑动至滑槽底部，从而控制止流板滑动，使其从打开注浆孔状态切换至封堵注浆孔状态，取下安装螺栓，并封堵滑槽，然后操作电脉冲控制器对磁性吸盘进行退磁，将磁性吸盘与钢柱分离，顶升结束。

本发明的有益效果是：

1、将电控永磁吸盘与钢管混凝土顶升有效结合，设计出一套连接装置，该装置在永磁产品厂家按照该发明的样式可定制加工，整套装置简单、操作便捷，成本较低，周转利用率非常之高。

2、可根据工程体量定制发明的产品一套或数套，在混凝土顶升完毕后，即可通过开关退磁，进行下一个钢管的顶升，极大的缩短的工期，提高了机械和人工效率。

3、电控永磁吸盘在工作中不需要电能，不存在发热，磁力恒定，电控永磁铁在工作中不需要电能，不会发生系统突然失磁而出现被吸物脱落的危险。

4、电控永磁吸盘只在充磁和消磁的0.1～1秒钟内使用电能，较电磁铁节能95％以上。控制系统简单有效，电永磁铁本体和控制系统均重量轻，可减轻使用过程中工人的劳动强度，使用经济环保。

5、电控永磁吸盘为整块永磁材料铣削加工，内部没有机械运动部件，确保了系统刚性，可以长时间工作而无需特别维护。电控操作只有充、退磁按钮，操作方便，充磁与退磁的时间只需0.1～1秒钟。电控永磁吸盘消磁后表面剩磁几乎为零，及时小导磁颗粒也不会吸附在磁极表面，被吸物不会划伤，不会对被吸物造成剩磁危害。

6、根据钢柱的截面尺寸，一般的一根钢柱需要30-60分钟顶升，传统的施工工艺中，大约制作连接装置5-10套，传统施工工艺中，需等待混凝土初凝后才可拆除连接装置，进而周转使用。使用该发明后，按照30分钟顶升一根钢柱计算，一套装置一天12小时内可周转24根。泵车及顶升班组人员效率大大提高。同时该发明产品成本较低，周转快，可有效降低工程施工成本。

7、目前钢管混凝土顶升的市场非常之大，该装置的引进是对顶升工艺中连接装置的一次技术革新，推广及应用的前景非常好。

附图说明

图1、本发明中电控永磁连接装置结构示意图；

图2、本发明的整体结构的安装示意图；

图3、本发明中柱内止流装置示意图；

图4、本发明中止流板示意图；

图示标记：1、法兰盘，2、连接管，3、磁性吸盘，4、电脉冲控制器，5、法兰盘密封圈，6、吸盘密封圈，7、滑槽，8、锁紧螺母，9、安装螺栓，10、定位螺母，11、止流板通孔，12、止流板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种钢管混凝土用的顶升装置，包括与地泵连接的地泵输送管、用于灌注混凝土的中空钢柱以及开设在钢柱表面的注浆孔，所述的钢柱内部设置有柱内止流装置，钢柱外部设置有电控永磁连接装置，所述的电控永磁连接装置包括法兰盘1、连接管2和磁性吸盘3，法兰盘1由10～12mm的钢板制作而成，法兰盘1内径与注浆孔的孔径相同，在法兰盘上开设环形凹槽形成法兰盘凹槽，在法兰盘凹槽内安装环形防水胶圈形成法兰盘密封圈5，以防止两个法兰盘中间出现漏浆，该法兰盘与地泵输送管上的法兰盘进行连接，连接管2采用壁厚8～12mm的钢管制作而成，一端与法兰盘1连接，一端与磁性吸盘3连接，连接管2内径大于或等于注浆孔孔径，法兰盘1和磁性吸盘3中心处均开设有通孔，通孔内径均不小于注浆孔孔径，磁性吸盘3采用圆型或矩形均可，其经过精心的磁路设计，采用高性能的永磁材料铣削加工，内部没有机械运动部件，制作成中间通孔的一个磁性吸盘，通孔的孔径大于或等于注浆孔孔径，并在磁性吸盘表面设计吸盘凹槽，磁盘凹槽内安装环形或矩形防水胶圈形成吸盘密封圈6，以防止吸盘表面和钢柱外表面之间出现漏浆，法兰盘和磁性吸盘通过连接管连接为一体结构，磁性吸盘上安装有控制磁性吸盘充磁和退磁的电脉冲控制器4，电脉冲控制器4的电控操作只有充磁、退磁按钮，操作方便，充磁与退磁的时间只需0.1～1秒钟。法兰盘与地泵输送管连接，磁性吸盘覆盖在注浆孔处的钢柱外表面上并通过充磁后的磁力作用吸附在钢柱上，磁性吸盘的通孔中心线与注浆孔的中心线重合。

电控永磁连接装置组装调试完毕后，对整个装置外观进行处理。(注：当为圆管柱时，磁性吸盘3采用凹球面板，当为矩形管柱时磁性吸盘采用平面板即可，其余工序不变。)

所述的磁性吸盘3与钢柱的静摩擦力等于3倍的浇筑状态下电控永磁连接装置的重力，即为F＝3G，F＝3G/μ，电控永磁铁吸力最大16Kn/cm²的强大吸力，F＝3G/μ＝16*S从而可以计算出磁性吸盘3的面积为S＝3G/16μ。

所述的柱内止流装置包括止流板12，止流板12上开设有与注浆孔相互匹配的止流板通孔11，止流板贴设在钢柱内壁上，止流板靠近钢柱内壁的一侧上还固定有定位螺母10，贯穿钢柱侧壁设置有安装螺栓9，安装螺栓9上拧设有锁紧螺母8，安装螺栓9拧入定位螺母10中后通过锁紧螺母8固定在钢柱上，钢柱侧壁上开设有竖直设置的滑槽7，通过安装螺栓在滑槽7内滑动改变止流板的位置使止流板具备封堵注浆孔和打开注浆孔两种状态。

所述的安装螺栓9位于滑槽7顶部时，止流板12处于打开注浆孔状态，且注浆孔的中心线与止流板通孔中心线重合，安装螺栓位于滑槽底部时止流板处于封堵注浆孔状态，止流板处于打开注浆孔状态下同时封堵滑槽7，止流板处于封堵注浆孔状态下滑槽7打开，通过在钢柱外侧壁上进行焊接处理后封堵滑槽7。

所述的滑槽7设置有两个对称的分布在注浆孔的两侧，每个滑槽内均设置有一个安装螺栓9，每个安装螺栓9上均安装有一个锁紧螺母8，止流板12上设置有两个与安装螺栓相互匹配的定位螺母10。

利用所述的钢管混凝土用的顶升装置的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、在钢柱上加工注浆孔，根据注浆孔的位置在钢柱上加工滑槽，并安装止流板12，先将贯穿钢柱侧壁的安装螺栓9拧入定位螺母10内后控制锁紧螺母8将安装螺栓固定在滑槽7最顶端，且止流板通孔11的中心线与注浆孔的中心线重合；

步骤二、取电控永磁连接装置在法兰盘凹槽和吸盘凹槽内分别安装法兰盘密封圈5和吸盘密封圈6，然后将法兰盘5与地泵输送管通过螺栓固定在一起，人工控制磁性吸盘3的通孔中心线与注浆孔中心线重合，操作电脉冲控制器4对磁性吸盘进行充磁，使磁性吸盘在磁性作用力下固定在钢柱上，检测各个连接口的连接情况，检测完毕后控制地泵开始灌浆进行顶升操作；

步骤三、顶升完成后，停止灌浆，松开锁紧螺母10，然后对安装螺栓施加作用力使安装螺栓9滑动至滑槽7底部，从而控制止流板12滑动，使其从打开注浆孔状态切换至封堵注浆孔状态，然后取下安装螺栓，通过在钢柱外壁进行焊接的形式封堵滑槽7，然后操作电脉冲控制器4对磁性吸盘3进行退磁，将磁性吸盘与钢柱分离，顶升结束。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种钢管混凝土用的顶升装置，包括与地泵连接的地泵输送管、用于灌注混凝土的中空钢柱以及开设在钢柱表面的注浆孔，其特征在于：所述的钢柱内部设置有柱内止流装置，钢柱外部设置有电控永磁连接装置，所述的电控永磁连接装置包括法兰盘、连接管和磁性吸盘，法兰盘和磁性吸盘中心处均开设有通孔，通孔内径均不小于注浆孔孔径，法兰盘和磁性吸盘通过连接管连接为一体结构，磁性吸盘上安装有控制磁性吸盘充磁和退磁的电脉冲控制器，法兰盘与地泵输送管连接，磁性吸盘覆盖在注浆孔处的钢柱外表面上并通过充磁后的磁力作用吸附在钢柱上，磁性吸盘的通孔中心线与注浆孔的中心线重合。

2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：所述的磁性吸盘与钢柱的静摩擦力等于1-3倍的浇筑状态下电控永磁连接装置的重力。

3.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：所述的法兰盘与地泵输送管连接的一端端面上开设有法兰盘凹槽，法兰盘凹槽内填充有法兰盘密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：所述的磁性吸盘与钢柱连接的一端端面上开设有吸盘凹槽，吸盘凹槽内填充有吸盘密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：所述的柱内止流装置包括止流板，止流板上开设有与注浆孔相互匹配的止流板通孔，止流板贴设在钢柱内壁上，止流板靠近钢柱内壁的一侧上还固定有定位螺母，贯穿钢柱侧壁设置有安装螺栓，安装螺栓上拧设有锁紧螺母，安装螺栓拧入定位螺母中后通过锁紧螺母固定在钢柱上，钢柱侧壁上开设有竖直设置的滑槽，通过安装螺栓在滑槽内滑动改变止流板的位置使止流板具备封堵注浆孔和打开注浆孔两种状态。

6.根据权利要求5所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：所述的安装螺栓位于滑槽顶部时，止流板处于打开注浆孔状态，且注浆孔的中心线与止流板通孔中心线重合，安装螺栓位于滑槽底部时止流板处于封堵注浆孔状态。

7.根据权利要求5或6所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：所述的滑槽设置有两个对称的分布在注浆孔的两侧，每个滑槽内均设置有一个安装螺栓，每个安装螺栓上均安装有一个锁紧螺母，止流板上设置有两个与安装螺栓相互匹配的定位螺母。

8.根据权利要求5或6所述的一种钢管混凝土用的顶升装置，其特征在于：在止流板处于打开注浆孔状态下，所述的滑槽被止流板封堵，在止流板处于封堵注浆孔状态下，所述的滑槽经过封堵处理。

9.利用权利要求1-8任意一项所述的钢管混凝土用的顶升装置的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在钢柱上加工注浆孔，根据注浆孔的位置在钢柱上加工滑槽，并安装止流板，先将贯穿钢柱侧壁的安装螺栓拧入定位螺母内后控制锁紧螺母将安装螺栓固定在滑槽最顶端，且止流板通孔的中心线与注浆孔的中心线重合；

步骤二、取电控永磁连接装置在法兰盘凹槽和吸盘凹槽内分别安装法兰盘密封圈和吸盘密封圈，然后将法兰盘与地泵输送管通过螺栓固定在一起，人工控制磁性吸盘的通孔中心线与注浆孔中心线重合，操作电脉冲控制器对磁性吸盘进行充磁，使磁性吸盘在磁性作用力下固定在钢柱上，检测各个连接口的连接情况，检测完毕后控制地泵开始灌浆进行顶升操作；

步骤三、顶升完成后，停止灌浆，松开锁紧螺母，然后对安装螺栓施加作用力使安装螺栓滑动至滑槽底部，从而控制止流板滑动，使其从打开注浆孔状态切换至封堵注浆孔状态，取下安装螺栓，并封堵滑槽，然后操作电脉冲控制器对磁性吸盘进行退磁，将磁性吸盘与钢柱分离，顶升结束。

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