CN218508677U - 基于frp的复合钢套管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FRP的复合钢套管，包括钢管(1)、FRP材料层(2)、套管(3)和连接圆盘(4)；FRP材料层(2)包裹在钢管(1)的外壁上，形成FRP管；套管(3)套置在FRP管的外部，套管(3)的内壁与FRP管的外壁之间通过胶层(5)粘结，形成FRP复合钢套管；两根FRP复合钢套管能通过连接圆盘(4)对接，连接圆盘(4)的两侧面分别与两根FRP复合钢套管的套管(3)的外壁焊接，连接圆盘(4)的两侧面分别通过环形焊缝7与两根FRP复合钢套管固定连接。本实用新型能满足FRP复合钢套管的连接节点处的力学性能要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种FRP(Fiber Reinforced Plastics，即纤维增强材料)管，尤其涉及一种基于FRP的复合钢套管。
背景技术
近年来，FRP材料在航空航天、汽车制造等行业崭露头角。但是FRP材料在土木工程等建筑领域中的应用却频繁受限，其中一个主要原因是FRP材料的施工、安装较传统钢材困难的多，不但不具备钢材优良的焊接性能，无法满足土木工程使用现场对FRP管的对接要求，其连接节点形式不明确也制约着FRP材料在工程中的应用。因此，需要一种能安全可靠连接的FRP管用于土木工程领域中。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于FRP的复合钢套管，能满足FRP复合钢套管的连接节点处的力学性能要求。
本实用新型是这样实现的：
一种基于FRP的复合钢套管，包括钢管、FRP材料层、套管和连接圆盘；FRP 材料层包裹在钢管的外壁上，形成FRP管；套管套置在FRP管的外部，套管的内壁与FRP管的外壁之间通过胶层粘结，形成FRP复合钢套管；两根FRP复合钢套管能通过连接圆盘对接，连接圆盘的两侧面分别与两根FRP复合钢套管的套管的外壁焊接，连接圆盘的两侧面分别通过环形焊缝与两根FRP复合钢套管固定连接。
所述的套管的两端形成有对接缺口，使两根FRP复合钢套管通过连接圆盘对接时，连接圆盘的内环壁能通过对接缺口贴合在胶层的表面上。
所述的对接缺口的长度为连接圆盘的厚度的一半，使两根FRP复合钢套管通过连接圆盘对接时，连接圆盘的两侧面能贴合在套管的端面上。
所述的连接圆盘的外环直径大于套管的外径。
所述的钢管内灌注有核心混凝土，核心混凝土与钢管、FRP材料层和套管形成一体结构。
所述的核心混凝土的端面延伸至钢管的端面外部。
所述的核心混凝土的端面延伸至钢管的端面外部1mm。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本实用新型由于设有连接圆盘和套管，套管套接在FRP管的外部，不仅提高了FRP复合钢套管的结构强度，又便于与连接圆盘焊接固定，使FRP复合钢套管处具有良好的焊接性能，以保证两根FRP复合钢套管的连接节点具有良好的力学性能，可用于土木工程等的现场焊接。
2、本实用新型由于设有核心混凝土，核心混凝土的端面延伸至钢管外部1mm，在两根FRP复合钢套管对接时，核心混凝土的端面贴合并优先受力，避免了连接圆盘与套管角焊部位的直接受力，进一步提高了连接节点处的安全可靠，有利于发挥FRP复合钢套管的承载能力。
3、本实用新型结构简单，可在工厂预制完成，对环境友好，成本低，能满足施工现场的对接要求，可在土木工程等建筑领域中广泛使用。
附图说明
图1是本实用新型基于FRP的复合钢套管的轴向剖视图；
图2是本实用新型基于FRP的复合钢套管的侧视图。
图中，1钢管，2FRP材料层，3套管，4连接圆盘，5胶层，6核心混凝土， 7环形焊缝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
请参见附图1和附图2，一种基于FRP的复合钢套管，包括钢管1、FRP材料层2、套管3和连接圆盘4；FRP材料层2包裹在钢管1的外壁上，形成FRP管；套管3套置在FRP管的外部，套管3的内壁与FRP管的外壁之间通过胶层5粘结，形成FRP复合钢套管；两根FRP复合钢套管能通过连接圆盘4对接，连接圆盘4 的两侧面分别与两根FRP复合钢套管的套管3的外壁焊接，连接圆盘4的两侧面分别通过环形焊缝7与两根FRP复合钢套管固定连接。
优选的，FRP材料层2可采用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等纤维材料，钢管1和FRP材料层2可采用灌胶等方式连接成一体结构，形成FRP管，套管3 通过胶层5固定粘结在FRP管上，套管3和连接圆盘4均可采用钢结构，具有良好的焊接性能，通过套管3和连接圆盘4的焊接既能满足两根FRP复合钢套管的节点连接要求，又能保证连接节点的安全可靠。FRP复合钢套管为钢管、FRP材料和钢管的结构形式，结构强度高，能在土木工程等建筑领域中广泛使用。
所述的套管3的两端形成有对接缺口(图中未示出)，使两根FRP复合钢套管通过连接圆盘4对接时，连接圆盘4的内环壁能通过对接缺口贴合在胶层5的表面上。
通过对接缺口的设置便于将连接圆盘4的内环插入套管3内，连接圆盘4的内环壁与胶层5贴合，具有良好的密封性能，同时利用连接圆盘4与套管3之间的环形角焊缝达到连接固定的目的，使两根FRP复合钢套管的连接节点处具有良好的力学性能和密封性能。
所述的对接缺口的长度为连接圆盘4的厚度的一半，使两根FRP复合钢套管通过连接圆盘4对接时，连接圆盘4的两侧面能贴合在套管3的端面上。
对接两根FRP复合钢套管时，连接圆盘4的一半与一侧的FRP复合钢套管连接固定，连接圆盘4的另一半与另一侧的FRP复合钢套管连接固定，受力均匀，连接节点的结构稳定。
所述的连接圆盘4的外环直径大于套管3的外径，便于将连接圆盘4的侧面与套管3的外壁进行角焊连接，连接圆盘4的外径尺寸可根据实际需求调整。
所述的钢管1内灌注有核心混凝土6，核心混凝土6与钢管1、FRP材料层2 和套管3形成一体结构，能进一步增强FRP复合钢套管的结构强度。
所述的核心混凝土6的端面延伸至钢管1的端面外部，能在两根FRP复合钢套管对接时使核心混凝土6面优先受力，从而避免连接圆盘4与套管3角焊连接处的直接受力，提高了两根FRP复合钢套管连接节点的安全性。
优选的，所述的核心混凝土6的端面延伸至钢管1的端面外部1mm。
两根FRP复合钢套管的核心混凝土6面对齐贴合后，连接圆盘4与套管3间之间的空隙不能过大，否则会导致连接圆盘4与套管3无法焊接，故将核心混凝土6的端面延伸范围控制在1mm，既能保证核心混凝土6面的优先受力，又能保证连接圆盘4与套管3的焊接。
请参见附图1和附图2，本实用新型的加工方法是：
步骤A：分节制作FRP管(直管或弧形管)；
FRP管均在工厂预制。采用3-6mm钢管1作为模具，在其上缠绕纤维及其制品即FRP材料层2作为增强材料，增强材料以高分子成分的不饱和聚脂树脂、环氧树脂等为基本材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料作为主要原料，形成FRP管。
FRP管形式：可以采用直管或弧形管等形式。
FRP管尺寸：理论上任意尺寸，FRP管与FRP管之间匹配、FRP管与连接圆盘4匹配即可。
步骤B：在FRP管外安装套管3，并采用环氧树脂进行填充、固化，环氧树脂胶固化48h，形成胶层5，FRP管通过胶层5与套管3固定连接形成FRP复合钢套管。
套管3的两端端部要预留1/2连接圆盘4宽度的对接缺口，将套管3套在FRP 管上后，利用支架、模具等固定套管3，保证套管3的位置固定。
套管3可采用内径略大于FRP管外径的钢管，安装前对FRP管和套管3的表面进行清理，确保表面光洁、无污渍，灌注环氧树脂时辅以超声波振动排除空气。
步骤C：在FRP复合钢套管的钢管1内灌注核心混凝土6并养护，核心混凝土6的端面延伸至钢管1的端面外部1mm。
核心混凝土6要具有微膨胀性能，需在工厂内灌注，必须使用厂拌混凝土(即在固定的拌和工厂或移动式拌和站拌制混合料的施工方法)，内部充分振捣或使用附着式振捣器，混凝土硬化过程中利用支架保持FRP管的管体稳定。
灌注核心混凝土6后，同期试块达70％强度时可以运输，达100％强度时可以使用。
将成品FRP复合钢套管运输至现场，运输过程中应注意成品保护措施，防止核心混凝土6端面遭到磕碰或FRP复合钢套管变形。
步骤D：现场对接时，在两根FRP复合钢套管的对接端套入连接圆盘4并进行角焊接。
FRP复合钢套管运至现场并吊装就位后，套入连接圆盘4，连接圆盘4卡入预留的对接缺口后，可将两根FRP复合钢套管对中，然后将连接圆盘4的两侧面与套管3的外壁进行焊接。
采用角焊接：焊角是等腰直角边长，焊喉是等腰直角三角形斜边的高，角焊缝是右三角形剖面。
吊装点应在FRP复合管的管体上用线标注，吊装时可采用两点吊装。
步骤E：焊接完成后即可发挥承载力。
由于核心混凝土6向外延伸，FRP复合钢套管内的核心混凝土6优先受压，套管3与FRP管协同工作，节点处焊缝由于位于核心混凝土6接触面的两侧，在核心混凝土6产生一定变形后再受力，保证了FRP复合钢套管连接节点处的安全，可广泛用于柱、梁、拱形结构中。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于FRP的复合钢套管，其特征是：包括钢管(1)、FRP材料层(2)、套管(3)和连接圆盘(4)；FRP材料层(2)包裹在钢管(1)的外壁上，形成FRP管；套管(3)套置在FRP管的外部，套管(3)的内壁与FRP管的外壁之间通过胶层(5)粘结，形成FRP复合钢套管；两根FRP复合钢套管能通过连接圆盘(4)对接，连接圆盘(4)的两侧面分别与两根FRP复合钢套管的套管(3)的外壁焊接，连接圆盘(4)的两侧面分别通过环形焊缝(7)与两根FRP复合钢套管固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于FRP的复合钢套管，其特征是：所述的套管(3)的两端形成有对接缺口，使两根FRP复合钢套管通过连接圆盘(4)对接时，连接圆盘(4)的内环壁能通过对接缺口贴合在胶层(5)的表面上。
3.根据权利要求2所述的基于FRP的复合钢套管，其特征是：所述的对接缺口的长度为连接圆盘(4)的厚度的一半，使两根FRP复合钢套管通过连接圆盘(4)对接时，连接圆盘(4)的两侧面能贴合在套管(3)的端面上。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于FRP的复合钢套管，其特征是：所述的连接圆盘(4)的外环直径大于套管(3)的外径。
5.根据权利要求1所述的基于FRP的复合钢套管，其特征是：所述的钢管(1)内灌注有核心混凝土(6)，核心混凝土(6)与钢管(1)、FRP材料层(2)和套管(3)形成一体结构。
6.根据权利要求5所述的基于FRP的复合钢套管，其特征是：所述的核心混凝土(6)的端面延伸至钢管(1)的端面外部。
7.根据权利要求6所述的基于FRP的复合钢套管，其特征是：所述的核心混凝土(6)的端面延伸至钢管(1)的端面外部1mm。
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