ES2956371T3 - Joining system for tubular steel structures filled with concrete - Google Patents

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ES2956371T3 ES20383009T ES20383009T ES2956371T3 ES 2956371 T3 ES2956371 T3 ES 2956371T3 ES 20383009 T ES20383009 T ES 20383009T ES 20383009 T ES20383009 T ES 20383009T ES 2956371 T3 ES2956371 T3 ES 2956371T3
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Fernandez Jorge Gil
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Abstract

Junta para estructuras tubulares de acero rellenas de hormigón, del tipo que une dos segmentos de tubos de acero alineados axialmente (1). Comprende un conector tubular (2) entre ambos segmentos de acero (1), en conexión machihembrada con cada segmento de acero (1). El conector queda bloqueado contra la rotación por el relleno de hormigón (10). La parte macho de cada conexión machihembrada comprende una pared circular (3) donde se colocan al menos dos salientes (4), estando los salientes (4) distribuidos uniformemente alrededor el exterior de la pared circular (3). La parte hembra tiene una concha (5), llevando el interior de la concha al menos dos dientes (6) que definen un orificio circular (7) para la inserción de la pared circular (3).); de manera que los salientes (4) encajen entre y detrás de los dientes (6). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Joint for tubular steel structures filled with concrete, of the type that joins two segments of axially aligned steel tubes (1). It comprises a tubular connector (2) between both steel segments (1), in a tongue-and-groove connection with each steel segment (1). The connector is blocked against rotation by the concrete filling (10). The male part of each tongue and groove connection comprises a circular wall (3) where at least two projections (4) are placed, the projections (4) being uniformly distributed around the outside of the circular wall (3). The female part has a shell (5), the interior of the shell carrying at least two teeth (6) that define a circular hole (7) for the insertion of the circular wall (3).); so that the projections (4) fit between and behind the teeth (6). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema de unión para estructuras tubulares de acero rellenas de hormigónJoining system for tubular steel structures filled with concrete

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se refiere a un nuevo tipo de sistema de unión para estructuras tubulares de acero rellenas de hormigón (CFST), en las que los tubos de acero se ensamblan y posteriormente se rellenan de hormigón.The present invention relates to a new type of joining system for concrete-filled steel tubular structures (CFST), in which the steel tubes are assembled and subsequently filled with concrete.

El sistema de unión conecta dos tubos de acero coaxiales mejorando el procedimiento constructivo de las estructuras CFST, facilitando la conexión de forma que ambos tubos queden fácilmente unidos entre sí. Esta unión permite que los tubos se sostengan por sí mismos mientras se construye la estructura y se vierte el hormigón. El sistema incluye un dispositivo mecánico que permite la rotación del conector y lo mantiene en su sitio hasta que el hormigón se endurece. Una vez vertido y endurecido el hormigón, la unión queda bloqueada permanentemente por el hormigón.The joining system connects two coaxial steel tubes, improving the construction procedure of CFST structures, facilitating the connection so that both tubes are easily joined together. This joint allows the tubes to support themselves while the structure is built and the concrete is poured. The system includes a mechanical device that allows rotation of the connector and holds it in place until the concrete hardens. Once the concrete is poured and hardened, the joint is permanently blocked by the concrete.

Campo de aplicaciónScope

El campo de aplicación de la invención es la construcción, más específicamente la construcción de estructuras compuestas de acero y hormigón, preferentemente pero no limitado a la ingeniería civil, edificios y aerogeneradores.The field of application of the invention is construction, more specifically the construction of composite steel and concrete structures, preferably but not limited to civil engineering, buildings and wind turbines.

AntecedentesBackground

Las estructuras compuestas de acero y hormigón están formadas por hormigón y elementos de acero, de manera que ambos aportan sus mejores características y la estructura se beneficia de ellas. Por lo general, la parte de acero se construye primero, normalmente uniendo segmentos de acero de un tamaño manejable. Esos segmentos se transportan a la obra y se ensamblan in situ para formar la estructura final. Por tanto, es necesario unir todos los segmentos antes de verter o aplicar el hormigón. Las uniones suelen realizarse mediante soldadura, remachado u otras operaciones similares.Steel-concrete composite structures are made up of concrete and steel elements, so that both provide their best characteristics and the structure benefits from them. Typically, the steel part is built first, usually by joining steel segments of a manageable size. These segments are transported to the construction site and assembled on site to form the final structure. Therefore, it is necessary to join all segments before pouring or applying concrete. Joints are usually made by welding, riveting or other similar operations.

El compuesto de acero y hormigón más utilizado es el llamado hormigón armado, en el que varias barras de acero se incrustan en la masa de hormigón. Otro es el llamado estructuras tubulares de acero rellenas de hormigón (CFST) que, como su nombre indica, requiere tubos de acero rellenos de hormigón. En este tipo de estructuras, los tubos deben conectarse y sellarse correctamente antes de verter el hormigón. Las CFST se utilizan cada vez más en estructuras de ingeniería civil, ya que son baratas, ofrecen un buen rendimiento y son fáciles de construir.The most widely used steel-concrete composite is the so-called reinforced concrete, in which several steel bars are embedded in the concrete mass. Another is the so-called concrete-filled steel tubular structures (CFST) which, as the name suggests, requires steel tubes filled with concrete. In these types of structures, the pipes must be properly connected and sealed before the concrete is poured. CFSTs are increasingly used in civil engineering structures as they are cheap, offer good performance and are easy to construct.

Como se ha dicho, las estructuras CFST se construyen en dos fases. Primero se construye la estructura utilizando segmentos de acero y luego se vierte en su interior un hormigón suficientemente líquido.As stated, CFST structures are built in two phases. First, the structure is built using steel segments and then a sufficiently liquid concrete is poured inside.

Este tipo de estructuras presenta las siguientes ventajasThis type of structures has the following advantages

1. Durante la primera fase de construcción, la estructura es más ligera, lo que permite una instalación más sencilla y reduce el coste del equipo necesario para la instalación (por ejemplo, grúas, encofrados, estructuras de soporte, etc.).1. During the first phase of construction, the structure is lighter, allowing for easier installation and reducing the cost of equipment required for installation (e.g. cranes, formwork, support structures, etc.).

2. El relleno de hormigón añade peso y rigidez a la estructura final.2. Concrete filling adds weight and rigidity to the final structure.

3. La estructura final tiene un mayor grado de resistencia al fuego y un mejor comportamiento frente a fuerzas de colisión que una estructura tradicional de acero.3. The final structure has a higher degree of fire resistance and better behavior against collision forces than a traditional steel structure.

4. Cualquier corrosión de los elementos de acero es fácilmente detectable.4. Any corrosion of the steel elements is easily detectable.

Normalmente, la unión de los diferentes segmentos de acero en las estructuras CFST se realiza de forma convencional, utilizando conexiones soldadas o atornilladas.Normally, the joining of the different steel segments in CFST structures is done in a conventional way, using welded or bolted connections.

La solicitud de patente US2019/0376273 A1, que divulga las características del preámbulo de la reivindicación 1, se refiere a un sistema de unión atornillada para elementos estructurales de edificios, en particular a una unión ensamblada compuesta de tubos de acero rellenos de hormigón, circular de autorrecuperación.Patent application US2019/0376273 A1, which discloses the characteristics of the preamble of claim 1, refers to a bolted connection system for structural elements of buildings, in particular to an assembled connection composed of steel tubes filled with concrete, circular self-recovery.

Sumario de la invenciónSummary of the invention

La presente invención se refiere a un nuevo tipo de sistema de unión para estructuras CFST, como se define en la reivindicación 1. Comprende un cierre giratorio entre los dos segmentos de acero a conectar y un conector colocado entre ellos, que queda bloqueado contra la rotación por el relleno de hormigón una vez endurecido. Se necesita un dispositivo mecánico para girar el conector y colocarlo en la posición correcta. Este dispositivo permanece en la estructura hasta que el hormigón se ha endurecido e impide que el conector gire.The present invention relates to a new type of joining system for CFST structures, as defined in claim 1. It comprises a rotating lock between the two steel segments to be connected and a connector placed between them, which is locked against rotation. by the concrete filling once hardened. A mechanical device is needed to rotate the connector into the correct position. This device remains in the structure until the concrete has hardened and prevents the connector from rotating.

La presente invención mejora el procedimiento de construcción de estructuras CFST permitiendo una instalación fácil y rápida de la parte de acero de la estructura. El dispositivo mecánico que hace girar el conector puede accionarse manualmente o por control remoto. The present invention improves the construction procedure of CFST structures by allowing easy and quick installation of the steel part of the structure. The mechanical device that rotates the connector can be operated manually or by remote control.

La unión para estructuras tubulares de acero rellenas de hormigón es del tipo que une dos segmentos tubulares de acero alineados axialmente. Esta unión también comprende un conector tubular entre ambos segmentos de acero, en una conexión machihembrada con cada segmento de acero.The joint for tubular steel structures filled with concrete is of the type that joins two axially aligned steel tubular segments. This joint also includes a tubular connector between both steel segments, in a tongue-and-groove connection with each steel segment.

La parte macho de cada conexión machihembrada comprende una pared circular en la que se colocan al menos dos salientes, normalmente entre dos y cuatro. Los salientes están distribuidos uniformemente por el exterior de la pared circular.The male part of each tongue and groove connection comprises a circular wall on which at least two projections are placed, usually between two and four. The projections are evenly distributed around the outside of the circular wall.

La parte hembra tiene una carcasa, en cuyo interior hay al menos dos dientes que definen un orificio circular para la inserción de la pared circular. Los salientes encajan entre los dientes, de modo que pueden pasar a través de ellos. También encajan detrás de los dientes para que puedan colocarse en un cierre giratorio.The female part has a casing, inside which there are at least two teeth that define a circular hole for the insertion of the circular wall. The projections fit between the teeth, so they can pass through them. They also fit behind the teeth so they can be placed in a twist clasp.

El conector queda bloqueado contra el giro por el relleno de hormigón una vez que éste se endurece.The connector is locked against rotation by the concrete fill once it hardens.

En una realización preferente, la pared circular no es totalmente redonda en el interior. Puede incluir elementos (remaches, clavos, perfiles, etc.) para aumentar la rigidez rotacional entre el conector y el hormigón.In a preferred embodiment, the circular wall is not completely round on the inside. It may include elements (rivets, nails, profiles, etc.) to increase the rotational rigidity between the connector and the concrete.

Cada conexión machihembrada puede incluir una junta en una superficie de contacto entre el conector y el segmento de acero.Each tongue and groove connection may include a gasket at a contact surface between the connector and the steel segment.

En otra realización preferente, el conector tiene una parte macho en cada lado, de modo que los segmentos de acero tienen partes hembra.In another preferred embodiment, the connector has a male portion on each side, so that the steel segments have female portions.

El conector y los segmentos de acero pueden tener asas o marcas de pletina para fijar un dispositivo de apriete mecánico.The connector and steel segments may have handles or plate markings for securing a mechanical tightening device.

El conector y los segmentos de acero pueden tener válvulas para comprobar que la unión está completamente llena de hormigón.The connector and steel segments may have valves to check that the joint is completely filled with concrete.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Se adjunta una serie de dibujos para ilustrar varias realizaciones preferentes pero no limitativas.A series of drawings is attached to illustrate various preferred but non-limiting embodiments.

Figura 1: Vista en perspectiva de una realización ejemplar.Figure 1: Perspective view of an exemplary embodiment.

Figura 2: Diferentes etapas (A-F) de construcción de un pilar con una realización de la invención, mostrando la conexión entre los diferentes segmentos de acero.Figure 2: Different stages (A-F) of construction of a pillar with an embodiment of the invention, showing the connection between the different steel segments.

A-B: Inserción del conector en el interior de uno de los segmentos de acero.A-B: Insertion of the connector inside one of the steel segments.

C: Inserción del segundo segmento de aceroC: Insertion of the second steel segment

D: Rotación y bloqueo temporal del conector con un dispositivo mecánicoD: Rotation and temporary locking of the connector with a mechanical device

E: Colocación del hormigónE: Concrete placement

F: Retirada del dispositivo mecánico de apriete una vez endurecido el hormigónF: Removal of the mechanical tightening device once the concrete has hardened

Figura 3: Diferentes etapas (A-F) de construcción de una torre de celosía tridimensional con una realización de la invención, mostrando la conexión entre los diferentes segmentos de acero.Figure 3: Different stages (A-F) of construction of a three-dimensional lattice tower with an embodiment of the invention, showing the connection between the different steel segments.

A-B: Inserción del conector en el interior de uno de los segmentos de aceroA-B: Insertion of the connector inside one of the steel segments

C: Inserción del segundo segmento de aceroC: Insertion of the second steel segment

D: Rotación y bloqueo temporal del conector con un dispositivo mecánicoD: Rotation and temporary locking of the connector with a mechanical device

E: Colocación del hormigónE: Concrete placement

F: Retirada del dispositivo de apriete mecánico una vez endurecido el hormigónF: Removal of the mechanical tightening device once the concrete has hardened

Figura 4: Sección transversal de un ejemplo de parte macho.Figure 4: Cross section of an example of a male part.

Figura 5: Sección transversal de dos ejemplos de partes hembra (A-B). Figure 5: Cross section of two examples of female parts (AB).

Descripción detalladaDetailed description

Las siguientes realizaciones se describen con suficiente detalle para permitir a los expertos en la materia poner en práctica la invención. No obstante, pueden utilizarse otras realizaciones. Pueden realizarse cambios mecánicos, de procedimiento y de otro tipo sin apartarse del espíritu y ámbito de la invención.The following embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. However, other embodiments can be used. Mechanical, procedural, and other changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

En la figura 1 se muestra una primera realización de la unión. Comprende dos segmentos tubulares de acero (1) y un conector tubular (2). El conector (2) está colocado entre ambos segmentos de acero (1) de forma que sus respectivos orificios quedan alineados axialmente. Los tres elementos están conectados mediante una unión machihembrada y bloqueados contra la rotación, una vez colocados correctamente, mediante el relleno de hormigón (10).Figure 1 shows a first embodiment of the union. It comprises two tubular steel segments (1) and a tubular connector (2). The connector (2) is placed between both steel segments (1) so that their respective holes are axially aligned. The three elements are connected by a tongue-and-groove joint and locked against rotation, once correctly placed, by the concrete filling (10).

En la realización preferente, ambos segmentos de acero (1) comprenden una parte hembra mientras que el conector (2) tiene una parte macho en cada lado.In the preferred embodiment, both steel segments (1) comprise a female part while the connector (2) has a male part on each side.

En la figura 4 se muestra una sección transversal de un ejemplo de parte macho. Comprende una pared circular (3) en la que están situados al menos dos salientes (4). Los salientes (4) están distribuidos uniformemente por el exterior de la pared circular (3). Es posible incluir elementos (9) que aumenten la rigidez rotacional entre el conector (2) y el relleno de hormigón (10).A cross section of an example of a male part is shown in Figure 4. It comprises a circular wall (3) in which at least two projections (4) are located. The projections (4) are uniformly distributed on the outside of the circular wall (3). It is possible to include elements (9) that increase the rotational rigidity between the connector (2) and the concrete filling (10).

En la figura 5 se muestra un ejemplo de parte hembra. Comprende una carcasa (5), cuya forma externa es irrelevante. Por ejemplo, puede ser redonda o cuadrada. El interior de la carcasa (5) lleva varios dientes (6) que definen un orificio circular (7). Este orificio circular (7) es ligeramente mayor que la pared circular (3) de la parte macho, de modo que la pared circular (3) encaja dentro del orificio circular (7). El número de dientes (6) es normalmente el mismo que el número de salientes (4) de la parte macho. Los salientes (4) encajan entre y detrás de los dientes (6), por lo que pueden colocarse en un cierre giratorio.An example of a female part is shown in Figure 5. It comprises a casing (5), whose external shape is irrelevant. For example, it can be round or square. The interior of the casing (5) has several teeth (6) that define a circular hole (7). This circular hole (7) is slightly larger than the circular wall (3) of the male part, so that the circular wall (3) fits inside the circular hole (7). The number of teeth (6) is normally the same as the number of projections (4) of the male part. The projections (4) fit between and behind the teeth (6), so they can be placed in a twist lock.

Como la unión tiene un conector (2) que está fijado a dos segmentos de acero (1), la colocación de los dientes (6) y los salientes (4) tiene que permitir la inserción de dos partes macho en las correspondientes partes hembra al mismo tiempo.As the joint has a connector (2) that is fixed to two steel segments (1), the placement of the teeth (6) and the projections (4) must allow the insertion of two male parts into the corresponding female parts at the same time. Same time.

Una vez colocados correctamente los dientes (6) y los salientes (4), pasando cada diente (6) entre dos salientes (4) y llegando a su lado opuesto, se gira el conector (2) para alinear los dientes (6) y los salientes (4). El conector (2) y los segmentos de acero (1) pueden tener asas o marcas de pletina (8) para su elevación u otras tareas, que también permiten que un dispositivo de apriete mecánico (12) gire y bloquee temporalmente el sistema de unión mientras se instala la estructura de acero, como se muestra en las figuras 2 y 3. Las marcas de pletina (8) también permiten comprobar la correcta posición rotacional entre el conector (2) y los segmentos de acero (1).Once the teeth (6) and the projections (4) are correctly positioned, passing each tooth (6) between two projections (4) and reaching its opposite side, the connector (2) is rotated to align the teeth (6) and the projections (4). The connector (2) and the steel segments (1) may have handles or plate marks (8) for lifting or other tasks, which also allow a mechanical tightening device (12) to rotate and temporarily lock the joining system while installing the steel structure, as shown in figures 2 and 3. The plate marks (8) also allow checking the correct rotational position between the connector (2) and the steel segments (1).

Una vez vertido y fraguado el hormigón (10), el conector (2) ya no puede girar, por lo que la unión queda firmemente asegurada. El dispositivo de apriete mecánico (12), y las marcas de la pletina (8), si se desea, pueden entonces retirarse.Once the concrete (10) has been poured and set, the connector (2) can no longer rotate, so the joint is firmly secured. The mechanical tightening device (12), and the plate markings (8), if desired, can then be removed.

Puede colocarse una junta en cualquier superficie de contacto entre el conector (2) y el segmento de acero (1), por ejemplo, una o varias juntas de goma circulares. Esta junta mejora la estanqueidad de la unión durante el vertido del hormigón.A gasket can be placed on any contact surface between the connector (2) and the steel segment (1), for example, one or more circular rubber gaskets. This joint improves the tightness of the joint during concrete pouring.

El conector (2) y los segmentos de acero (1) pueden disponer de válvulas (11) que permiten la salida del aire para garantizar que el sistema de unión y los segmentos de acero estén completamente llenos de hormigón (10). Las válvulas también pueden utilizarse para bombear hormigón en el sistema. The connector (2) and the steel segments (1) may have valves (11) that allow air to escape to ensure that the joining system and the steel segments are completely filled with concrete (10). The valves can also be used to pump concrete into the system.

Claims (7)

REIVINDICACIONES 1. Sistema de unión para estructuras tubulares de acero rellenas de hormigón, comprendiendo el sistema de unión:1. Joining system for tubular steel structures filled with concrete, including the joining system: - dos segmentos tubulares de acero (1) y- two tubular steel segments (1) and - un conector tubular (2) colocado entre ambos segmentos de acero (1), de modo que sus respectivos orificios quedan alineados axialmente;- a tubular connector (2) placed between both steel segments (1), so that their respective holes are axially aligned; en el que los segmentos de acero (1) y el conector (2) están conectados en una conexión machihembrada, el conector (2) tiene una parte macho en cada extremo, por lo que ambos segmentos de acero (1) tienen partes hembra;wherein the steel segments (1) and the connector (2) are connected in a tongue and groove connection, the connector (2) has a male part at each end, whereby both steel segments (1) have female parts; caracterizado porque la parte macho de cada extremo del conector (2) comprende una pared circular (3) en la que se sitúan al menos dos salientes (4), estando los salientes (4) distribuidos uniformemente por el exterior de la pared circular (3); y porque la parte hembra de los segmentos de acero (1) tiene una carcasa (5), llevando el interior de la carcasa (5) al menos dos dientes (6) que definen un orificio circular (7) para la inserción de la pared circular (3) del conector; characterized in that the male part of each end of the connector (2) comprises a circular wall (3) on which at least two projections (4) are located, the projections (4) being uniformly distributed on the outside of the circular wall (3 ); and because the female part of the steel segments (1) has a casing (5), the interior of the casing (5) carrying at least two teeth (6) that define a circular hole (7) for the insertion of the wall circular (3) of the connector; y porque el conector (2) y los segmentos de acero (1) tienen asas o marcas de pletina (8) para la fijación de un dispositivo de apriete mecánico (12) para girar el conector (2) y poner dicho conector (2) en la posición correcta;and because the connector (2) and the steel segments (1) have handles or plate marks (8) for fixing a mechanical tightening device (12) to rotate the connector (2) and put said connector (2) in the correct position; los salientes (4) encajan entre los dientes (6) de manera que en uso, después de girar el conector (2), los salientes (4) encajan detrás de los dientes (6) para alinear los dientes (6) y los salientes ( 4), de manera que se vierte el hormigón (10) para rellenar el sistema de unión y bloquearlo contra la rotación.the projections (4) fit between the teeth (6) so that in use, after rotating the connector (2), the projections (4) fit behind the teeth (6) to align the teeth (6) and the projections (4), so that the concrete (10) is poured to fill the joining system and block it against rotation. 2. Sistema de unión, según la reivindicación 1, en el que los segmentos tubulares de acero (1) o el conector tubular (2) comprenden elementos (9) que aumentan la rigidez rotacional entre el conector (2) y el hormigón (10). 2. Joint system according to claim 1, wherein the steel tubular segments (1) or the tubular connector (2) comprise elements (9) that increase the rotational rigidity between the connector (2) and the concrete (10). ). 3. Sistema de unión, según la reivindicación 1, en el que cada conexión machihembrada comprende una junta en una superficie de contacto entre el conector (2) y el segmento de acero (1).3. Joint system according to claim 1, wherein each tongue and groove connection comprises a joint on a contact surface between the connector (2) and the steel segment (1). 4. Sistema de unión, según reivindicación 1, en el que el conector (2) y los segmentos de acero (1) tienen válvulas (11) para comprobar que la unión está completamente llena de hormigón.4. Joint system, according to claim 1, in which the connector (2) and the steel segments (1) have valves (11) to check that the joint is completely filled with concrete. 5. Sistema de unión, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el dispositivo mecánico de apriete (12) se acciona manualmente.5. Union system, according to any of claims 1-4, in which the mechanical tightening device (12) is operated manually. 6. Sistema de unión, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el dispositivo mecánico de apriete (12) se activa por control remoto.6. Union system, according to any of claims 1-4, in which the mechanical tightening device (12) is activated by remote control. 7. Procedimiento de construcción de estructuras tubulares de acero rellenas de hormigón, mediante un sistema de unión según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicho procedimiento de construcción comprende las siguientes etapas:7. Construction procedure for tubular steel structures filled with concrete, using a joining system according to any of claims 1-6, in which said construction procedure comprises the following stages: - inserción de un conector (2) dentro de un primer segmento de acero (1);- insertion of a connector (2) inside a first steel segment (1); - inserción de un segundo segmento de acero (1) en el conector (2);- insertion of a second steel segment (1) into the connector (2); - rotación y bloqueo temporal del conector (2) con un dispositivo mecánico de apriete (12);- rotation and temporary locking of the connector (2) with a mechanical tightening device (12); - colocación del hormigón, en el que el hormigón (10) se vierte dentro de los segmentos de acero (1), de modo que los segmentos de acero quedan completamente llenos de hormigón (10);- concrete placement, in which the concrete (10) is poured into the steel segments (1), so that the steel segments are completely filled with concrete (10); - retirar el dispositivo mecánico de apriete (12) una vez que el hormigón (10) se ha endurecido. - remove the mechanical tightening device (12) once the concrete (10) has hardened.
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