CN207034422U - 缠绕填充双结构壁塑料排水管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种缠绕填充双结构壁塑料排水管，由内壁、缠绕结构壁、填充结构壁、外壁组成，缠绕结构壁螺旋缠绕在内壁的外侧，缠绕结构壁之间为填充结构壁，缠绕结构壁与填充结构壁的结构高度一致，外壁设置在缠绕结构壁和填充结构壁的外层。克服了现有技术没有充分利用材料提高环刚度的缺陷，优化了管材的结构壁的设置，采用缠绕结构壁和填充结构壁作为内外壁的支撑结构，使内外壁连为一体作为主要受力结构，提高管材的环刚度和抗弯性能。通过合理设置管道管壁结构，提高管材的环刚度，或者是相同的环刚度管材使用的塑料材料更少，减低管材成本。

Description

缠绕填充双结构壁塑料排水管

技术领域

本实用新型涉及一种缠绕填充双结构壁塑料排水管，特别涉及一种增强型结构壁塑料排水管。

背景技术

埋地塑料排水管具有内壁光滑摩阻力小、接口严密不渗漏、耐腐蚀性能好等优点，广泛应用在排水管道工程中。目前应用较多的管材结构形式有双壁波纹管、钢带增强管、缠绕结构壁管、钢塑复合管等，从管材的材料分有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯，市政工程中应用较多的是聚乙烯PE排水管。排水管道设计中，是按照管道在正常使用极限状态下，组合荷载作用下管道最大竖向变形不超过5%的计算管径，竖向变形量与管道覆土厚度、地面荷载、管材的环刚度等参数有关。塑料管材一个主要参数就是环刚度，是管道抵抗环向变形的能力，是管材的一项主要力学指标。管材的环刚度S_P=EI/D₀ ³，E为材料的弹性模量，I为管壁单位长度的截面惯性矩，D₀为圆形管材计算直径。从公式可以看出，管径一定时，E和I与环刚度成正比，在材料确定后，截面惯性矩就是影响环刚度的唯一因素。截面惯性矩指截面各微元面积与各微元至截面上某一指定轴线距离二次方乘积的积分。截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的一个几何参数，排水管材可视为一个圆环，圆环的截面惯性矩公式为：I=π（D⁴-d⁴）/64，D为管外径，d为管内径，增加壁厚可以提高管材的截面惯性矩，但使用的材料较多，成本增加。通过改变单一的截面形式，采用组合截面提高管材的截面惯性矩是一种有效的办法。双壁波纹管、内肋增强结构壁管、克拉管等都是通过增加波纹壁或者肋管提高管材的截面惯性矩，从而达到增强管材环刚度的目的。但这些结构壁的设置并未充分发挥增加的材料对截面惯性矩应有的作用，以聚乙烯螺旋缠绕的中空圆形结构壁克拉管为例，结构壁高度是指管道内壁至螺旋波峰的距离，螺旋结构壁缠绕时，圆形结构壁内的PP波纹管是用作内膜的，对截面惯性矩作用忽略不计，中空圆形结构壁的截面惯性矩可以等效为：结构壁的PP波纹管外裹塑料的面积，这个面积可以等效为宽为结构壁的外径，厚为面积除以宽度的矩形实心壁，矩形实心壁位于空圆形结构壁的中心（中心以外的半圆面积与中心以内的半圆面积平均），以该面积乘以圆形结构壁中心到管道中心距离的平方，即为中空圆形结构壁的截面惯性矩，中空圆形结构壁是间隔螺旋缠绕的，结构壁的宽度占螺距的比例折算每延长米的圆形结构壁的截面惯性矩，才是圆形结构壁对管材环刚度起作用的截面惯性矩。从这一分析可以看出等效的圆形结构壁的塑料面积，并没有放置在发挥作用的管道最外层，因此，外壁为波纹的缠绕结构壁B型管（外壁为波峰波谷的螺旋状），存在没有充分利用材料提高环刚度的缺陷。

缠绕结构壁B型管还存在一个缺陷，管道抵抗环向变形时，依靠内壁和缠绕结构壁共同抵抗变形。波谷位置的管内壁依靠塑料材料的抗弯抵抗变形，塑料书柔性材料，抗弯强度较低，抗变形能力有限，管道受力缠绕结构壁也在变形，圆形结构壁向波谷方向扩张变扁，实心肋板结构壁产生扭曲变形，螺旋缠绕的结构壁之间的波谷没有材料限制，缠绕结构壁向波谷方向的扩张力没有受到抵御，失去一定的增强作用。缠绕结构壁犹如一根弹簧缠绕在管内壁外侧，管道的抗弯仅靠管内壁的塑料抗弯强度抵抗，但塑料属于柔性材料，抗弯性能差，在受到集中力作用在管道上时，也是因为螺旋缠绕的结构壁之间没有材料限制，受力点结构壁向波谷方向位移，管材容易产生扰度变形。一根管子两头支起，自重都会产生较大的扰度变形，因此，缠绕结构壁B型管抗地基不均匀沉降能力较差。

埋地塑料排水管道是柔性管道，按照柔性管道设计理论，管土共同作用原理承担外部荷载。外部荷载主要包括土体重量和地面产生的静荷载以及车辆行驶产生的动荷载。管土共同作用是管材和周围土体回填材料共同承受外部荷载。管道基层、管道基层与管道之间的三角区、管道两侧胸腔的回填材料和压实度对管道受力状态和变形影响很大，《埋地塑料排水管道工程技术规范》CJJ143-2010，对管道的基层、基层与管道之间的三角区、管道两侧胸腔的压实度要求95%以上。塑料排水管采用土弧基层，一般采用砂石垫层，管道铺设在基层上，结构壁的波峰支撑在基层上，波谷很难填实，基层与管道之间的三角区、管道两侧胸腔即使使用夯实工具紧贴管外壁夯实，达到要求的95%以上压实度，波谷部分的回填材料也难以压实。在管道受到上部荷载作用时，管道中心位置的管壁向水平方向两侧变形，缠绕结构壁的波峰与压实土的接触面积很小，压强较大，即使回填土达到设计压实度要求，波谷没有足够的压实度，管道胸腔两侧的回填土提供不了足够的抵抗力，管道竖向变形加大。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种缠绕填充双结构壁塑料排水管，克服了现有技术缠绕结构壁管存在的缺陷，优化了管材的结构壁的设置，采用缠绕结构壁和填充结构壁作为内外壁的支撑结构，使内外壁连为一体作为主要受力结构，提高管材的环刚度和抗弯性能，充分发挥管土共同作用，减小管道铺设后的竖向变相量。有益效果是：通过合理设置管道管壁结构，提高管材的环刚度，或者是相同的环刚度管材使用的塑料材料更少，减低管材成本。

本实用新型是通过以下技术实现的：缠绕填充双结构壁塑料排水管，由内壁1、缠绕结构壁2、填充结构壁3、外壁4组成，缠绕结构壁2螺旋缠绕在内壁1的外侧，缠绕结构壁2之间为填充结构壁3，缠绕结构壁2与填充结构壁3的结构高度一致，外壁4设置在缠绕结构壁2和填充结构壁3的外层。

所述的缠绕结构壁2为中空圆管螺旋结构。

所述的缠绕结构壁2为中空内肋增强螺旋结构。

所述的缠绕结构壁2为实心肋板螺旋结构。

本实用新型的缠绕结构壁2可以是中空圆管螺旋结构，或者是中空内肋增强螺旋结构，或者是实心肋板螺旋结构。

所述的内壁1、缠绕结构壁2、外壁4为聚乙烯材料构成。

所述的填充结构壁3为聚氨酯发泡材料构成。

所述的外壁4外表面为平壁。

具体的本实用新型是通过以下几个方面提高塑料管材的强度的。

改变缠绕结构壁管的几何形态组合，提高管材的截面惯性矩，从而提高管材的环刚度。内壁1构成管材基本的过水断面和支撑结构壁的骨架，缠绕结构壁2呈螺旋状缠绕在内壁1外侧，缠绕结构壁2之间的波谷采用填充结构壁3填充，缠绕结构壁2与填充结构壁3的结构高度一致，即填充后缠绕结构壁2与填充结构壁3外侧平齐。在缠绕结构壁2与填充结构壁3外缠绕外壁4。相比现有技术的缠绕结构壁管，本实用新型的内壁1、缠绕结构壁2、外壁4之间塑料熔融为一体，限制了受力时内壁1和外壁4之间的位移，构成一个整体圆环框架结构的组合截面，从构造上提高了截面惯性矩，在这里填充结构壁3起到外壁4的内膜作用。更具体的是将内壁1厚度适当减小，缠绕结构壁2的厚度适当减小，增加了外壁4，充分利用截面惯性矩的受力面积与中性轴距离的平方乘积的原理，排水管中心轴为管道中心，外壁4位于管材的最外侧，截面惯性矩增大，环刚度随着增大。

从管材的结构上改变受力形式。现有技术的缠绕结构壁管，管内壁以塑料的抗弯强度抵抗管材的变形。本实用新型由于增加了外壁4，内壁1的受力工况改变，管顶和管底部位，受管道上部荷载作用时，外壁4受压，内壁1受拉；管道两侧部分，外壁4受拉，内壁1受压，管材的受力形式由抗弯变为抗压和抗拉，提高了管材的抵抗变形的能力。缠绕结构壁2在受力时变形，圆形结构壁向波谷方向扩张变扁，实心肋板结构壁产生扭曲变形，本实用新型波谷填充了填充结构壁3，填充结构壁3采用质轻价廉的聚氨酯发泡材料，虽然抗拉强度较低，但抗压强度相对较高，在这里填充结构壁3起到缠绕结构壁2的支撑作用。填充结构壁3设置在缠绕结构壁2之间的波谷内，缠绕结构壁2向侧向变形时，受到填充结构壁3的限制，同时有外壁4对缠绕结构壁2的位移限制，达到增强管道强度的目的。

从管道埋设管土共同作用机理减小管道的变形。本实用新型管外壁为平壁，管道沟槽回填时，紧贴管外壁分层回填压实，管道受到上部荷载作用时，管道中心向两侧变形受到回填土的限制，使得管顶的竖向力沿圆形的管道分解为管壁受压，减小了竖向变形量。

附图说明

图1为中空圆管螺旋缠绕结构壁管材构造图；

图2为中空内肋增强螺旋缠绕结构壁管材构造图；

图3为实心肋板螺旋缠绕结构壁管材构造图。

具体实施方式

本实用新型缠绕填充双结构壁塑料排水管，由内壁1、缠绕结构壁2、填充结构壁3、外壁4组成，缠绕结构壁2螺旋缠绕在内壁1的外侧，缠绕结构壁2之间为填充结构壁3，缠绕结构壁2与填充结构壁3的结构高度一致，外壁4设置在缠绕结构壁2和填充结构壁3的外层。

内壁1构成管材基本的过水断面和支撑结构壁的骨架，缠绕结构壁2呈螺旋状缠绕在内壁1外侧，缠绕结构壁2之间的波谷采用填充结构壁3填充，缠绕结构壁2与填充结构壁3的结构高度一致，即填充后缠绕结构壁2与填充结构壁3外侧平齐。在缠绕结构壁2与填充结构壁3外缠绕外壁4。内壁1、缠绕结构壁2、外壁4之间塑料熔融为一体，限制内壁1和外壁4之间的位移，构成一个整体圆环框架结构的组合截面，从构造上提高了截面惯性矩。实施时内壁1厚度适当减小，缠绕结构壁2的厚度适当减小，增加了外壁4，用等量的材料，在截面惯性矩最大的外侧增加了外壁4。制作相同环刚度的管材使用的塑料材料较少，降低了管材的成本。

缠绕结构壁2可以是中空圆管螺旋结构，中空圆管螺旋缠绕结构壁管材构造图见图1。缠绕结构壁2或者是中空内肋增强螺旋结构，中空内肋增强螺旋缠绕结构壁管材构造图见图2。缠绕结构壁2或者是实心肋板螺旋结构，实心肋板螺旋缠绕结构壁管材构造图见图3。

缠绕结构壁2设置在内壁1和外壁4的之间，缠绕结构壁2的辟谷内填充聚氨酯发泡材料，缠绕结构壁2在受力时变形，圆形结构壁向波谷方向扩张变扁，实心肋板结构壁产生扭曲变形，受到填充结构壁3的限制，同时外壁4与缠绕结构壁2熔融在一起，缠绕结构壁2发生位移变形时，外壁4对缠绕结构壁2位移限制，达到增强管道强度的目的。

本实用新型的内壁1、缠绕结构壁2、外壁4为聚乙烯材料构成，采用缠绕工艺制造。先在内膜上缠绕内壁1的平壁，管材的两端缠绕制作承口和插口。内壁1的外侧间隔缠绕螺旋状的缠绕结构壁2，两个缠绕结构壁2之间形成波谷，在波谷内采用聚氨酯发泡材料填充，形成填充结构壁3，填充结构壁3与缠绕结构壁2的波峰平齐，最外侧缠绕外壁4，外壁4外表面为平壁。填充结构壁3采用硬质聚氨酯发泡材料，具有重量轻、比强度高、价格低的优点。外壁4设置在管材的最外侧，充分发挥材料截面惯性矩对强度的作用，还起到封闭填充结构壁3的作用，同时对管道埋设管土共同作用起到作用。

Claims (7)

1.一种缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的塑料排水管由内壁（1）、缠绕结构壁（2）、填充结构壁（3）、外壁（4）组成，缠绕结构壁（2）螺旋缠绕在内壁（1）的外侧，缠绕结构壁（2）之间为填充结构壁（3），缠绕结构壁（2）与填充结构壁（3）的结构高度一致，外壁（4）设置在缠绕结构壁（2）和填充结构壁（3）的外层。

2.根据权利要求1所述的缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的缠绕结构壁（2）为中空圆管螺旋结构。

3.根据权利要求1所述的缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的缠绕结构壁（2）为中空内肋增强螺旋结构。

4.根据权利要求1所述的缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的缠绕结构壁（2）为实心肋板螺旋结构。

5.根据权利要求1所述的缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的内壁（1）、缠绕结构壁（2）、外壁（4）为聚乙烯材料构成。

6.根据权利要求1所述的缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的填充结构壁（3）为聚氨酯发泡材料构成。

7.根据权利要求1所述的缠绕填充双结构壁塑料排水管，其特征是：所述的外壁（4）外表面为平壁。