CN218643678U - 基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，包括同轴设置的内折叠钢管和外折叠钢管，内折叠钢管和外折叠钢管均由不锈钢板采用Kresling折叠法折叠而成，内折叠钢管和外折叠钢管之间灌装混凝土；内折叠钢管和外折叠钢管的折叠旋转方向相反；内折叠钢管的上、下边缘均通过内卡扣扣紧；外折叠钢管上、下边缘均通过外卡扣扣紧；位置相对应的内卡扣与外卡扣之间通过连杆相连接。通过Kresling折叠法制作成折叠钢管，极大地节省运输空间、提高运输效率和降低运输成本，也避免运输过程中难以避免的碰撞导致钢管发生局部屈曲的风险，提高现场施工的效率；充分利用不锈钢的抗腐蚀性强，使其在山区和海岛离岸地区可以充分发挥其抗腐蚀性强的优点。

Description

基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件

技术领域：

本实用新型涉及一种基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件。

背景技术：

传统钢筋混凝土是将钢筋绑扎成型并浇筑混凝土与之共同工作的一种结构形式，其具有耐久性、耐火性、整体性及可模型好等优点，但其施工需要绑扎钢筋并需制作模板及相应支撑，施工效率低且装配性差，无法满足山区和海岛离岸等施工需求。

钢管混凝土结构在传统钢筋混凝土结构基础上演变而来，通过在钢管中填充混凝土形成组合构件，其利用钢管约束效应使得混凝土处于三轴应力状态进而提高混凝土的强度。同时混凝土的存在也可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈，而钢管还可以作为浇筑混凝土的模板，这不仅可以节省模板费用，还可大幅提升施工效率。由于钢管需要事先在工厂进行预制后运至施工现场吊装，其运输占空间且运输过程容易导致钢管的屈曲，这不便于应用于山区和海洋离岸工程建设。

日本结构专家 Koryo Miura在1980年提出将折纸技术应用于空间折展机构的概念并引起广泛关注，这种命名为三浦折叠（Miura-ori）的方法是将平面的双向折叠问题转化为无限平面双向弹性压缩问题，通过计算获得应变能最小的可展开双波纹曲面，进而演化为纵、横两个方向的系列平行四边形褶皱。每个褶皱都具有相互依存性，并在收拢状态折叠为层叠的平行四边形。而另一种Kresling 折叠方法是由一系列倾斜和延长的平行四边形折峰形成，在其长对角线上被折谷分开并在扭转载荷下产生的自然形变。对于任何给定的间隙尺寸，都可形成一行左手或右手的Kresling 扭转变形。Kresling 折叠圆筒在轴线方向的展开可以当作一个弹簧单元，其变形展开的能力取决于内部的压力。

基于上述原理，针对海洋离岸或山区工程建设中施工材料运输不便利、环境腐蚀性强等问题，若是将钢管进行折叠并制成便于运输的压缩模块，那将提高运输效率和降低运输成本，可很好的适用于山区和海洋离岸工程建设。有鉴于此，本案由此而生。

实用新型内容：

本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，设计合理，不仅运输方便，而且耐腐蚀性强。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，包括同轴设置的内折叠钢管和外折叠钢管，所述内折叠钢管和外折叠钢管均由不锈钢板采用Kresling折叠法折叠而成，内折叠钢管和外折叠钢管之间灌装有混凝土。

进一步的，所述内折叠钢管和外折叠钢管的折叠旋转方向相反。

进一步的，所述内折叠钢管的上、下边缘均固定有一对内卡扣；所述外折叠钢管的上、下边缘均固定有一对外卡扣，一对内卡扣与一对外卡扣的位置相对应，位置相对应的内卡扣与外卡扣之间通过连杆相连接。

进一步的，所述内卡扣和外卡扣上均设有卡槽，所述连杆的两端设有用于勾住卡槽的弯钩。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：本实用新型结构设计合理，通过Kresling折叠法折叠制作便于运输的内、外折叠钢管，极大地节省运输空间、提高运输效率和降低运输成本，也避免了运输过程中难以避免的碰撞导致钢管发生局部屈曲的风险，提高现场施工的效率；同时充分利用不锈钢的抗腐蚀性强，使其在山区和海岛离岸地区等腐蚀性较强地区可以充分发挥其抗腐蚀性强的优点。

附图说明：

图1是本实用新型实施例立体构造示意图；

图2是本实用新型实施例中外折叠钢管的形成示意图；

图3是本实用新型实施例中内折叠钢管的形成示意图；

图4是本实用新型实施例中外折叠钢管的折叠压缩和展开流程图；

图5是本实用新型实施例中内折叠钢管的折叠压缩和展开流程图；

图6是本实用新型实施例的局部构造示意图；

图7是本实用新型实施例中连杆与内、外卡扣的连接构造示意图。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“横向”、“ 上”、“ 下”、“前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1～6所示，本实用新型一种基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，包括同轴设置的内折叠钢管1和外折叠钢管2，所述内折叠钢管和外折叠钢管2均由不锈钢板采用Kresling折叠法折叠而成，且工厂预制，内折叠钢管和外折叠钢管之间灌装有混凝土，该混凝土在现场施工时进行灌装。使用时，在工厂内将不锈钢板采用Kresling折叠法折叠制得内折叠钢管和外折叠钢管，此时内折叠钢管和外折叠钢管为便于运输的压缩模块，这样可极大地节省运输空间以提高运输效率和降低运输成本，同时也避免了运输过程中难以避免的碰撞导致钢管发生局部屈曲的风险。当内、外折叠钢管运输至施工环境时，将内折叠钢管和外折叠钢管展开并同轴设置，之后再内、外折叠钢管之间灌装混凝土，混凝土的灌入还可进一步缓解折叠型不锈钢管薄壁屈曲的风险，达到组合工作的效果。具有运输便捷、装配性强、施工效率高、外观优美及耐腐蚀性高等优点。

本实施例中，所述内折叠钢管1和外折叠钢管2的折叠旋转方向相反。应说明的是，Kresling折叠法也叫Kresling折纸原理，这是公知的技术，制作时对不锈钢板进行折痕的加工，然后将不锈钢板卷成钢管进行折叠，例如一个正转往左下扭，另一个反转往右下扭。

本实施例中，内折叠钢管1和外折叠钢管2的截面形状为多样的，当采用折四道成形时，其截面为四边形，折六道为六边形，折八道为八边形等，所折边数越多越近似圆。内、外折叠钢管的截面可根据需要进行灵活组合，如内圆外圆、内圆外方、外方内圆等。

本实施例中，所述内折叠钢管1的上、下边缘均焊接固定有一对内卡扣3，一对内卡扣3绕内折叠钢管1的轴线对称分布；所述外折叠钢管2的上、下边缘均焊接固定有一对外卡扣4，一对外卡扣4绕外折叠钢管2的轴线对称分布，一对内卡扣3与一对外卡扣4的位置相对应，位置相对应的内卡扣3与外卡扣4之间通过连杆5相连接，如图6所示。利用连杆连接内、外钢管上的卡扣，以使内、外钢管之间形成稳定结构，然后再利用内、外折叠钢管旋转方向相异的特点进行自锁以充当混凝土的模板。

本实施例中，为了方便安装，所述内卡扣3和外卡扣4可均为板状结构，其上端均设开设有卡槽，所述连杆5的两端设有用于勾住卡槽的弯钩6，如图7所示。

应说明的是，内折叠钢管的内部也可以灌装混凝土，以进一步提升抗压承载力。

本实施例中，不锈钢是指至少含有 10.5%铬元素的耐腐蚀合金钢，由于其美观的外表及优异的耐腐蚀性性被逐渐应用于土木工程领域。与普通碳素钢相比，不锈钢具有延性好、抗腐蚀性能强、耐久性好、外表美观、耐火性能好以及抗冲击和疲劳性能好等特点。特别是奥氏体不锈钢的超高塑性韧性性能，使得奥氏体不锈钢板通过折纸形式进行折叠收缩变得可行。同时不锈钢的耐腐蚀特性使得其在山区潮湿环境及海洋腐蚀环境具有更高的耐久性，因此本实施例中的内、外折叠钢管采用不锈钢板折叠制成，可良好的适应于山区和海岛离岸地区等腐蚀性较强地区。

本实施例中，使用时：通过Kresling折纸原理将不锈钢板折叠制作成便于运输的压缩模块（压缩状态的内、外折叠钢管），极大地节省运输空间以提高运输效率和降低运输成本，同时也避免了运输过程中难以避免的碰撞导致钢管发生局部屈曲的风险。施工时将截面尺寸不同的内、外折叠钢管展开并同轴放置，扣紧内折叠钢管上下边缘的内卡扣、外折叠钢管上下边缘的外卡扣，利用内、外折叠钢管折叠旋转方向相异的特点进行自锁以充当混凝土的模板，随后通过在内、外折叠钢管之间灌注混凝土以形成钢管混凝土构件。混凝土的灌入还可进一步缓解折叠型不锈钢管薄壁屈曲的风险，达到组合工作的效果。

具体制作步骤如下：

（1）对不锈钢板进行折痕加工：本实施例基于Kresling折纸原理，对不锈钢板进行折痕加工，折痕分为外凸和内凹折痕两种；由于本实施例是管套管形式的中空夹层结构，需要内、外折叠钢管一个正转往左下扭，另一个反转往右下扭，故在进行折痕处理的时候，需对两块大小不一的不锈钢板的折痕需要反方向轧制；本次实施例基于kresling折纸原理来对不锈钢板进行折痕处理，故不锈钢板上的折痕应为平行四边形，如图2、3所示；

（2）在进行完折痕的处理后，将处理好的不锈钢板卷成不锈钢管的形式（详见图2、3）；之后，需要根据不锈钢管的折痕方向，分别对内、外折叠钢管进行扭转折叠进行钢管的压缩，如图4、5所示；

（3）现场施工时，只需要将从工厂预制好的内、外折叠钢管运输到施工现场，在现场即可进行装配；首先，需要将截面尺寸不同的内、外折叠钢管进行撑起展开，并同轴放置，利用折叠钢管上下边缘卡扣扣紧连杆（详见图6），然后再利用内、外钢管折叠旋转方向相异的特点进行自锁以充当混凝土的模板（详见图1），随后通过在内、外折叠钢管内灌注混凝土以形成钢管混凝土构件。

本实用新型的优点在于：

（1）基于Kresling折纸原理以及充分利用不锈钢的延性好，使其可以制作成可折叠压缩的不锈钢管，可折叠压缩的不锈钢管可以避免其在运输过程中发生屈曲破坏，也可以极大地节省了运输空间、运输成本和运输效率；

（2）充分利用不锈钢的模板作用，利用内、外折叠钢管折叠旋转方向相异的特点进行自锁以充当混凝土的模板，随后通过在内、外折叠钢管内灌注混凝土以形成钢管混凝土构件，具有装配性强和施工效率高；同时混凝土的灌入还可进一步缓解折叠型不锈钢管薄壁屈曲的风险，达到组合工作的效果；

（3）充分利用不锈钢的抗腐蚀性强，使其在山区和海岛离岸地区等腐蚀性较强地区可以充分发挥其抗腐蚀性强的优点。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，其特征在于：包括同轴设置的内折叠钢管和外折叠钢管，所述内折叠钢管和外折叠钢管均由不锈钢板采用Kresling折叠法折叠而成，内折叠钢管和外折叠钢管之间灌装有混凝土。

2.根据权利要求1所述的基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，其特征在于：所述内折叠钢管和外折叠钢管的折叠旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述的基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，其特征在于：所述内折叠钢管的上、下边缘均固定有一对内卡扣；所述外折叠钢管的上、下边缘均固定有一对外卡扣，一对内卡扣与一对外卡扣的位置相对应，位置相对应的内卡扣与外卡扣之间通过连杆相连接。

4.根据权利要求3所述的基于折纸原理的不锈钢管混凝土受压构件，其特征在于：所述内卡扣和外卡扣上均设有卡槽，所述连杆的两端设有用于勾住卡槽的弯钩。

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