圆管结构

圆管结构（共7篇）

圆管结构 篇1

在目前的管型复合材料生产中, 为了在管道内壁粘贴复合材料, 需要工人在内壁手动涂抹胶水, 再将复合材料粘贴上。整个过程费时费力, 且难以均匀涂抹, 工作效率低。而目前, 已有的内壁喷涂机结构复杂, 价格高, 损耗大, 个别结构简单的喷涂机又不适用市场。

1 目标

1.1 能够在一定范围内调节喷头的位置, 使其适应不同直径的管道。

1.2 利用蠕动泵与气泵, 将胶水与空气混合, 使胶水雾化喷出。

1.3 多个小喷头组成的喷头, 实现360°的喷涂。

1.4 高效的伸缩移动机构, 缩减工序时间, 提高效率。

2 方案

2.1 问题解决

2.1.1 为实现喷头的自由移动, 在X轴安装了滚珠丝杠滑台, 在Z轴安装了滑动丝杠, 并设计了一个全自动的喷头。2. 1.2为实现喷头的3 6 0 度均匀喷涂, 该喷头由6个喷涂范围为110度的小喷头组成, 使胶水均匀覆盖管道内壁。2. 1.3为使胶水顺利喷出, 利用蠕动泵与气泵, 使胶水和气体两者混合, 胶水雾化均匀喷出, 实现喷胶。2. 1.4为实现重复喷涂, 需要确定喷涂起点、喷涂时间、冷却时间、再次喷涂时间, 然后设置控制运行程序, 实现喷涂的自动化。

2.2 总体结构

该圆管内壁自动喷胶机器人由伸缩移动机构、环形喷头组、提料系统、水浴恒温系统、管道支架及控制结构等组成。如图1所示。

2.2.1 伸缩移动机构

为了实现伸缩移动功能, 实现在x轴和z轴两个方向的移动, 将滚珠丝杠滑台水平放置完成水平伸缩, 滑动丝杠垂直放置完成上下移动。如图2所示。

2.2.2 环形喷头组及提料系统

为了使胶水喷涂满圆管内壁, 并提高喷胶效率使用了环形分布的喷头。喷头由6个110度扇形喷头组成, 使胶水喷涂均匀。提料采用了由步进电机驱动的蠕动泵。

3 结论

本设计可代替工人解决抹胶工作, 避免人工误差;喷胶机利用由6个小喷头组成的环形喷头, 解决喷涂不均的情况, 实现资源利用最大化;喷胶机改善工人工作环境的同时, 能满足多种长度管道。

参考文献

[1]荆恒恩, 荆园园.钢罐内壁自动喷砂除锈和自动喷漆装置[J].中国调味品, 1999, 9:9.

[2]周小明.集装箱内表面喷漆机器人运动及运动特征分析[D].武汉:湖北工业大学, 2008.

[3]张永贵.喷漆机器人若干关键技术研究[D].陕西:西安理工大学, 2008.

浅谈圆管涵施工 篇2

1 质量标准

1.1 基本要求

1) 预制管节必须检验合格方可安装;

2) 地基承载力须满足设计要求, 涵管与管座、垫层或地基紧密贴合, 垫稳座实;

3) 接缝填料嵌填密实, 接缝表面平整, 无间断、裂缝、空鼓现象;

4) 每节管底坡度均不得出现反坡;

5) 管座沉降缝应与涵管接头平齐, 无错位现象。

1.2 实测项目

管座及涵管安装实测项目

外观要求:管壁顺直, 接缝平整, 填缝饱满。

2 圆管涵施工工序

2.1 基槽开挖

开挖前, 做好排水系统, 避免基坑成为雨季的积水坑。

先按图纸确定的开挖位置、范围及高程测量放样, 然后以人工配合挖掘机挖掘。挖至设计标高后, 经地基承载力试验合格并经监理验收合格后方可进行下部工序的施工。

2.2 换填片石

基坑内换填片石时掺入适量碎石或砂砾石, 使基础不会因持力层内存在较大孔隙而产生沉降。碾压采用压路机振动碾压。

2.3 浇筑洞身混凝土基础

洞身基础为C20混凝土, 每隔4m~6m设置沉降缝一道。施工时, 按沉降缝分仓浇筑。

模板, 模板主要采用采用组合钢模板。模板脱模剂采用涂抹机油。

混凝土由搅拌站集中拌制, 混凝土搅拌车运至涵洞作业面, 铁皮溜槽入仓。混凝土浇筑分层, 每层不大于30cm, 50型插入式软轴振捣器进行捣器。浇筑完成后, 洒水养护7d。

2.4 安钢筋混凝土圆管

除了K61+408圆管涵每节长为1.5m外, 其余钢筋混凝土圆管每节长2m, 采用16t汽车吊吊装。吊装前, 在混凝土基础上用墨斗线弹出每节圆管的位置, 并按设计位置摆放、固定圆管的临时支座 (由C20混凝土预制) , 然后起吊圆管就位, 并控制好间隙。然后用沥青麻絮填塞1mm间隙, 最后以15cm宽热沥青油毛毡围裹二道。

2.5 浇筑管座

管座混凝土浇筑分仓按分缝位置, 一般按4m~6m考虑, 但分缝位置应在圆管接头处。管座混凝土高150cm, 采用组合钢模板 (如图) 。

2.6 浇筑端墙、翼墙混凝土

进出口端墙包括基础、墙身和压顶。孔径2.0m进口端墙墙身尺寸为厚40cm×高220cm (218cm) ;出口端墙墙身尺寸为厚40cm×高220cm (218cm) 。出口翼墙包含基础和墙身。

孔径1.5m进口端墙墙身尺寸为厚40cm×高164cm;出口端墙墙身尺寸为厚40cm×高164cm。出口翼墙包含基础和墙身。

端墙 (及基础) 、帽石、翼墙 (及基础) 均为C20混凝土。以上均使用组合钢模板。翼墙分2层浇筑, 其他一仓浇筑。模板支撑采用内、外撑和对拉。拉条直径Φ16, 间距50cm;横、竖围懔采用Φ483.5钢管。

2.7 隔水墙、洞口铺砌及锥坡施工方法

隔水墙、铺砌及锥坡为M7.5砂浆砌MU40片块石。先通过测量, 放出位置、尺寸、标高, 然后挖好基础地槽, 整平、夯实。经监理工程师检查合格, 基底满足承载力要求, 开始砌筑。先砌筑隔水墙, 后铺砌, 两者整体砌筑。最后砌筑锥坡。

采用的石料材质应坚实新鲜, 无风化剥落层式波纹, 其物理力学指标应符合设计地要求。

砌石所用的M7.5砂浆, 其配合比通过试验确定, 应满足设计强度和施工和易性要求。拌制水泥砂浆, 应严格按试验确定地配合单进行配料, 严禁擅自更改, 配料的称量允许误差应符合下列规定:水泥为±2%;砂、砾石为±3%;水、外加剂为±1%。水泥砂浆拌和时间, 机械拌和不少于2min~3min。水泥砂浆随拌随用, 水泥砂浆的允许间隔时间应通过试验确定或参照下表选定。

1) 墙体砌筑

(1) 砌筑前, 应在砌体外将石料上的泥垢冲洗干净, 砌筑时保持砌石表面湿润。

(2) 应采用坐浆法分层砌筑, 且将大面向下。砂浆稠度应为30mm~50mm, 当气温变化时, 应适当调整。

(3) 片块石砌体的灰缝厚度应为20 mm~30mm, 随铺浆砌石;砌缝需用砂浆填充饱满, 不得无浆直接贴靠, 严禁先堆砌石块再用砂浆灌缝;石块间较大的空隙应先填塞砂浆, 后用碎块和片石嵌实, 不得先摆碎石, 后填筑砂浆或干填碎石块的施工方法, 石块间不应互相接触。

(4) 片块石砌体应上、下错缝, 内外搭砌;砌体外露面应平整美观, 外露面上的砌缝应预留约4cm深的空隙, 以备勾缝处理;水平缝宽应不大于2.5cm, 竖缝宽应不大于4cm。

(5) 基底标高不同时, 应从低处砌起, 并应由高处向低处搭砌。

(6) 砌石体转角处和交接处应同时砌筑, 对不能同时砌筑的面, 必须留置临时间断处, 并应砌成斜搓。片块石砌体第一皮及转角、交接处应选用较大的平片块石砌筑。片块石基础扩大部位, 相邻片块石应相应错缝搭接。

(7) 砌筑因故停顿, 砂浆已超过初凝时间, 应待砂浆强度达到2.5MPa后才可继续施工;在继续砌筑前, 应将原砌体表面的浮渣清除;砌筑时应避免振动下层砌体。

(8) 片块石砌体每日砌筑高度, 不应超过1.2m。

(9) 勾缝水泥砂浆应采用细砂和较小的水灰比, 灰砂比控制在1:1至1:2之间;勾缝砂浆标号应高于砌体砂浆;勾缝砂浆必须单独拌制, 严禁与砌体砂浆混用。

(10) 清缝应在料石砌筑24h后进行, 缝宽不小于砌缝宽度, 缝深不小于缝宽的2倍。勾缝前必须将槽缝冲洗干净, 不得残留灰渣和积水, 并保持缝面湿润;砂浆应分次向缝内填塞密实;应按实有砌缝勾平缝, 严禁勾假缝、凸缝;砌筑完毕后应保持砌体表面湿润做好养护。

(11) 当勾缝完成和砂浆初凝后, 砌体表面应刷洗干净。

2) 养护

砌石体外露面, 在砌筑后12h~8h之间应及时养护;在养护期内应经常洒水, 使砌体保持湿润, 避免碰撞坏和振动;养护时间一般为14d~21d。

2.8 管侧夯实

管座混凝土达到设计85%后进行, 可进行管座两侧同时对称夯填。管侧特别夯实区厚150mm, 采用反铲分层填筑、蛙式打夯机分层夯实, 分层厚度30cm, 使相对密度达到90%。在施工过程中, 当洞顶覆土厚度小于0.5m时, 涵顶及涵两侧填土在两倍孔径范围内采用人工方法分层夯实。

3 结论

圆管涵施工技术探讨 篇3

该圆管涵基础采用砂砾垫层、C20管形基础, 管帽采用C25砼, 管节是采用钢筋砼II级的预制圆管, 管道接口采用橡胶圈接口。

二施工工艺

1.施工放线。

先确定涵洞的位置, 复核角度, 如涵洞的实际位置和角度与设计不符合, 应立即上报, 施工时按实际位置和角度进行。

2.基坑开挖及处理。

按照放出的基坑开挖线, 用人工或机械开挖, 接近设计标高时, 再用人工进行清理修整, 然后对基底进行夯实处理。

3.砂砾基础垫层。

基坑验收合格后, 即可施工管道砂砾石基础, 若管道基础下部地质情况较差时要进行处理, 具体处理方法同业主、监理工程师协商解决, 基坑验收合格后, 即可进行砼垫层施工。

4.浇筑砼基础垫层。

基础经夯实处理达到要求后, 用经纬仪准确放出过路圆管涵轴线, 确定基础平面尺寸、位置。按设计尺寸支基础模板, 经轴线, 标高检查合格, 浇注垫层砼。砼要求振捣密实, 无蜂窝、麻面现象。在基础施工时注意横坡的设置。砼浇筑完成达到一定强度后拆模并及时养生。

5.圆管的预制。

全线范围内的圆管采取集中外购, 项目部要同监理工程师对外购涵管进行随机检查, 保证管节配筋及混凝土强度符合设计要求。圆管管节端面必须平整, 必要时需用砂轮磨平。对出现露筋、蜂窝、麻面等缺陷的圆管, 均不得进场。

6.涵管的安装。

砼垫层到一定强度后, 进行涵管的安装。安装前必须进行外观检查, 发现裂缝、保护层脱落、空鼓、接口掉角等缺陷时坚决退回, 要求其承口逆着水流方向, 插口应顺水流方向, 下管采用吊车, 下管时应采取相应的保护措施 (钓钩需用胶皮垫衬) , 保证管口不受损伤, 施工过程中, 排管时严格控制管道中心高程, 对管道中心线的控制可采用中线法, 调整管节中心及高程时, 对高程的控制应以管内底为准, 管身必须垫平稳, 两侧垫石块, 不得发生滚动, 设专业技工人员指挥检查, 确保安装质量。

选用橡胶圈接口时, 须对每个橡胶圈进行检查, 接头只能有一个, 材质须致密, 无平面扭曲现象, 无肉眼可见的杂质, 气孔、裂纹及其他有碍使用的缺陷, 胶圈保存时应当注意不得受挤压、不得受日晒雨淋, 不得与油脂类物品放在一起。

橡胶圈安装时, 注意一定不能扭曲、错位, 安装好的橡胶圈不得有损伤。橡胶圈紧靠小台, 不出现上台、闷鼻、麻花、跳井等现象。吊至管沟的管子, 在对口时可将管子插口稍稍抬起, 然后用撬棍在另一端用力将管子插口推入承口, 再用两台倒链, 其中一台将管子锁紧, 防止橡胶圈回弹将管子弹出, 用另一台倒链将待安装管子拉入, 再用撬棍将管子校正, 使承口间隙均匀, 并保持直顺, 取下第一台倒链准备下节管子的安装, 以此类推, 循环作业。安装后应严格检查, 承口环形间隙最大值与最小值不超过2毫米。

7.井室砌筑。

圆形井室砌筑:检查井的施工放基线准确, 砌筑时, 严格控制井室尺寸, 井壁砌筑砂浆饱满, 灰缝平直, 无通缝, 每层进行灌缝, 夹砖楔, 严格按设计配合比拌制砂浆, 做好井室防水, 做到随砌随抹, 并注意养护, 抹灰不得有空鼓、裂缝, 井内流槽要平顺, 与井室砌筑同时进行。爬梯应安装牢固, 位置准确, 井室与管道接连处应满卧砂浆, 管道与井墙连接处刷绝缘脂一道。检查井设计为圆形砖砌检查井, 井基厚20厘米C10混凝土。质量要求:井身尺寸、长度允许偏差±20mm, 井底高程±15mm, 井盖高程与路面规定一致。

8.浆砌片石端墙、锥坡施工。

基础砼强度达到80%时, 进行端墙的砌筑。要求片石咬茬稳固、砂浆饱满、表面平顺、干净, 勾缝美观、坚固。端墙浆砌片石达到一定强度时, 用灰土进行台背及涵顶土方的分层压实回填。锥心填土, 砌筑片石锥坡 (或八字墙) 及洞口铺砌。要求片石咬茬稳固、砂浆饱满、表面平顺、干净, 勾缝美观、坚固。

9.台背回填作业。

结构物处的回填, 按设计和监理工程师的要求进行。回填时结构物强度的具体要求及回填时间, 按《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000) 有关规定执行。圆管两侧回填采用透水性较好的材料回填。最好使用小型机动夯具进行压实。填土需分层填筑, 每层松铺厚度不超过150mm, 结构物的压实度要符合规范要求。在涵洞上填土时, 每一层的最小摊铺厚度不小于300mm, 并防止剧烈的冲击。回填要在上部结构安装完毕或上部结构连接完成后开始进行。在回填压实施工中, 要求对称回填压实并保持结构物完好无损, 填筑从台背两侧同时按水平分层, 对称进行。

三质量保证措施

认真执行质检制度, 认真负责完成每一道工序, 施工作业班组严格按照规范进行施工, 认真填写各工序自检单, 报监理工程师验收合格后方可进行下一工序施工。认真执行技术交底制度, 每一道工序, 技术人员必须向施工员及施工班组进行交底, 要有技术交底记录。认真做好原始记录, 数据准确, 及时整理技术资料。严格原材料及各种材料的事前控制, 不合格的材料不得进入施工现场。

坚持质检职责, 质检员参加技术交底, 制定质量具体保证措施, 督促施工班组严格按照操作规程施工。质检员深入施工现场, 发现问题及时解决, 为工程质量创优提供准确无误的质检数据。

四雨季施工措施

雨季施工, 修好施工便道, 硬化施工场地, 保证晴雨天道路通畅。利用天然排水系统和重新规划排水, 防止雨水淹没道路。雨后运土时先测土壤含水量, 对过湿的土壤采取措施避免过湿回填。雨季施工, 刚砌好的砌体, 采取覆盖措施, 防止冲刷灰缝。注意模板或支架的变形、下沉, 做好水泥等材料的保管工作。

必须进行的雨季施工及混凝土连续浇筑时, 施工场地、拌和场、运输车都必须有遮雨棚, 保证正浇筑的混凝土不受雨淋。施工集中人力分段突击, 本着干一段完成一段的原则。加强用电设施的防水措施, 避免闸刀、线头裸露。雨天做好现场检查工作, 加强对塌方的防治工作。适当缩小工作面, 安排好现场的排水和交通。

五结语

薄壁精密扁圆管拉拔工艺探索 篇4

1 扁圆管的成形工艺分析

如图1所示, 扁圆形钢管产品, 其外观尺寸和壁厚都有很高的精度要求, 属薄壁精密扁圆形管。因为管材宽高比大, 同时管材壁厚比较薄, 一次拉拔成形很容易造成材料失稳, 形成凹陷打折的现象, 尤其是直边, 所以采用先空拉过渡椭圆, 再带芯棒头拉拔扁圆成品的制程方式。由于该产品对表面质量有严格的要求, 拟定选用以冷轧钢板焊接的优质电焊管作为坯管, 并经多道次的游动芯头减壁拉拔, 使圆管壁厚接近且稍大于成品壁厚, 以保证焊缝的外观质量和最终成品拉拔的稳定性。最终圆管坯尺寸确定为φ2.45×0.1, 半硬状态, 再空拉过渡, 最后穿芯棒头拉成品管材。

2 拉拔模具设计

2.1 空拉过渡模具的设计

空拉过渡模具的设计原则主要是拉拔稳定, 表面质量好, 同时空拉出的钢管内孔, 在能保证穿进芯棒头的前提下, 尽量做到最小, 以减小带芯棒头拉拔的拔制力。模具如图2所示。

2.2 成品模具的设计

此次拉拔, 长边圆弧变直, 短边圆弧变半圆。孔型直接就是成品管的截面形状, 模腔尺寸按照产品图尺寸, 且模具定径带长度不宜超过3mm, 以起到减小拉拔阻力的作用。模具如图3所示。

2.3 芯棒头的设计

由于该芯棒头主要是用来支撑扁圆形管的四个面, 防止其失稳凹陷, 保证拉拔时稳定变形。其形状与扁圆形管成品截面形状相同, 其材料采用硬质合金。具体尺寸根据扁圆外观轮廓尺寸与壁厚尺寸计算得出。芯棒头如图4所示。

3 拉拔过程分析

空拉过渡形状所用的原材料φ2.45×0.1钢管, 经过缩头后, 通过过渡模具拉拔, 拉出的管材符合预期, 表面质量合格, 并且内孔可以放入芯棒头。扁圆形拉拔芯棒头和扁圆形成品拉拔模对准后, 分别固定于拉拔机的拉拔杆和拉拔机的工作台模孔内, 将打尖后的过渡坯管穿在带有芯棒头的芯杆上, 将打尖部位送入成品扁圆拉拔模孔中, 拉拔机夹板夹住坯管的打尖部位, 拉着坯管通过拉拔模, 其断面逐渐变成扁圆形, 因为芯棒头的支撑作用, 材料变形稳定, 没有产生失稳现象, 金属在芯棒头、模具、和拉拔车的作用下, 使拉拔出的管材外形符合拉拔模的型腔形状、内部形状符合芯棒头形状, 并且尺寸在公差要求范围内。为了减少拉拔力, 提高管子的表面光洁度, 延长模具寿命和防止芯棒头与管子内壁之间发生热胶着, 在整个成品的拉拔过程中, 过渡坯管内、外表面都有拉拔油液进行润滑。

4 结语

综上所述, 此方法拉拔如图管材的成功, 为拉拔薄壁精密扁圆管打下了基础, 如以后生产类似的扁圆管, 可以推广此方法。

参考文献

输油圆管弯头段泄漏流场数值模拟 篇5

据统计,目前世界上管道的50%已运行30年或者更长时间。我国约有62%的油气管道运行期超过20年,85%以上接近10年[1]。管道老化、锈蚀及人为破坏等,都会造成管道泄漏乃至破裂。如发现及维护不及时,将会造成巨大经济损失、污染环境,甚至对人民生命财产造成危害[2]。随着我国经济的持续发展,管道事业在我国具有巨大的发展潜力。由于管道泄漏问题的日益严重,利用高科技技术研制开发一套适合我国管道状况的检测与定位系统,能促进我国经济快速发展。管道泄漏检测是一门跨领域、多学科综合的技术,它涉及到流体力学、传热学等多个学科。目前管道泄漏检测技术对于复杂工况的检测都存在一定不足。如何有效的减少误报和漏报,及时准确地检测管道泄漏现象的发生,对管道安全运行及人民群众的生命财产安全具有重要意义[3,4,5,6]。

采用有限容积法,建立三维管道泄漏方程,分析了不同输送速度及泄漏孔径对泄漏后管内流场影响。可为进一步研究管道泄漏检测技术提供一定的理论指导。

1 控制方程

由于泄漏处流动复杂,计算时采用标准的k-ε双标准方程。有限容积法是处理此类问题的常用方法,由有限元方法得到体积分数方程,动量方程,能量方程。

体积分数方程

undefined (1)

式中undefined相到q相的质量输送;

undefined相到p相的质量输送。

如果相下标用12表示,如果第二相的体积分数被跟踪,每一单元中的密度为

ρ=α2ρ2+(1-α2)ρ1 (2)

动量方程

undefined

能量方程

undefined

式中 keff——有效的热传导率。

undefined

标准k-ε湍流方程

undefined

其中undefined

式中 μi——为湍动粘度;

Gk——由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项;

Gb——由于浮力引起的湍动能k的产生项;

Prt——湍动Prandtl数;

gi——重力加速度在第i方向的分量;

β——热膨胀系数;

YM——代表可压湍流中脉动扩张的贡献。

边界条件:

入口边界undefined;

泄漏口边界undefined;

出口边界条件undefined。

2 数值模拟与结果分析

以某输油管道为例,管径为500 mm的90°水平弯管 ,弯径比8。模拟区域为弯管及其前后5 m管道。建立三维泄漏模型,几何模型见图1,采用局部加密技术对模拟区域进行单元划分。

对比图2可知,在没有发生泄漏时,管道正常运行时,弯管处压力等值线几乎是等间距。压强由外壁到内壁逐渐降低,输送速度增加越大,外侧压强与内侧压强的差值增大越大。由图3可知当弯头处存在泄漏口时,管内压力整体降低,且在泄漏口下方存在小范围高压区。由于管道中流体的速度方向不能及时改变,在泄漏口与其附近流体之间产生压差,该压差使流体从上游的高压区域流向泄漏处的低压区域。因为油流的惯性作用,在泄漏口没有流出的油流在分子的相互作用力下在泄漏口下方处速度几乎减为零,导致在泄漏口下方形成小范围高压区形成局部高压区。在泄漏口径一定时,输送速度增加该高压区范围和强度变大,对泄漏口下方产生的破坏力增加,导致管道的进一步破裂。距泄漏口一定范围,等值线分布变为等间距。由速度增大引起的压强变化导致管内等压线的形态变化不大。

参照表1可知:速度增大导致管内压强的增大,而泄漏百分量降低。当泄漏口径一定时,输送速度增加,管内压力增加。而泄漏量取决于管内压力,管内压力越大泄漏量越大。由图4和表2可知:泄漏口径增大,在泄漏口处泄漏量增加,需要上游和下游补充质量损失,这管内压强呈整体降低的趋势。口径越大泄漏口附近压强越小越明显,局部高压区的强度和范围减小,由泄漏导致的管道破坏降低。由表2可知随着泄漏口径的增加,泄漏百分比变化明显。

4 结论

通过模拟发现:(1)泄漏孔径一定时,当输送速度增加时,管内压强整体增大,泄漏口下方高压区范围和强度变大,泄漏百分量在减小。(2)当输送速度一定时,泄漏孔径增大,管内压强减小,泄漏量增加,高压区的强度及范围降低。由此利用科学方法及仪器研究弯管内压强的变化,可以确定管道穿孔的程度及位置。管内压强和流量变化特性为高科技管道检测泄漏技术提供了可能性。

参考文献

[1]陈克勤.基于负压波的气体管道泄漏检测定位精度影响因素研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009.

[2]朱红钧,袁清华,陈小榆,刘军.输油管道泄漏点处原油流动局部流场的模拟[J].内蒙古石油化工,2009(1):35-37.

[3]付道明,孙军,贺志刚,等.国内外管道泄漏检测技术研究进展[J].石油机械,2004,32(3):48-51.

[4]刘恩斌,李长俊,梁党国,等.输油管道泄漏检测技术研究与应用[J].油气储运,2006,25(5):43-44.

[5]狄彦,等.输气管道泄漏率计算与扩散模拟方法述评[J].管道技术与设备,2007(4):15-18.

浅析预制圆管涵混凝土配合比设计 篇6

由于圆管涵生产过程中混凝土的成型是利用离心力成型, 不同于常规的振捣密实成型工艺, 所以混凝土配合比的设计与普通水泥混凝土不同。本文结合江西武吉高速D8标路基工程中设计使用的圆管涵混凝土作一探讨。

1 工程设计要求:

本段路基工程中设计使用的钢筋混凝土圆管涵为内径1500㎜, 壁厚160㎜, 圆周向螺纹型布φ12受力钢筋, 每米长度内设8圈。内外双层, 横向布φ8架立构造钢筋, 内外每圈24根, 每管节长度为1000㎜。水泥混凝土设计强度等级为C30级。

2配合比设计要求

水泥混凝土是由粒径自0.08~31.5㎜不等的固体颗粒、密度自1.0~3.0g/㎝3不等的固液混合物组成。离心成型圆管涵可获得密实高强的构件, 但是在离心力的作用下会发生密度大的粗集料集中在圆管涵外侧, 砂浆集中在内侧, 密度小的水泥浆液集中在内表面的分层现象。

为此, 圆管涵混凝土配合比设计除了满足普通混凝土配合比设计的要求外, 还需要采用一些方法避免分层。如果增加水泥、粗集料、细集料与水相互间的摩阻力, 就可以防止成型过程中拌和物的分层。可以从以下方面考虑:

1、在满足搅拌成型的范围内, 尽可能减少拌和物的单位用水量, 降低水灰比。

由Abrams和Lyse等人提出的“水灰比”业已说明了这个道理, 并且有试验数据证明了混凝土的流动阻力随水灰比减小和易性降低而增加。如图1。

由图1可以看出, 在水灰比小于0.4时, 整个流动阻力随水灰比增加变化不大, 而当水灰比大于0.5后流动阻力变化也不大。在水灰比0.4~0.5区间时为加水量对流动性影响最敏感区域。所以, 水灰比取小于0.4时有利于提高新拌混凝土内部流动阻力。

2、新拌混凝土的流变特性基本上可用宾汉姆方程来近似描述:

式中:τ-剪切应力 (内摩阻力) ;τ0—动剪切力 (屈服值) ;η-粘滞系数 (粘度) ;dV/dy-速度梯度

新拌混凝土在外力作用下具有流动性;只有当外力值大于τ0时才能开始流动。τ0反映了混凝土在流动时, 固体颗粒及水泥浆体间的相互作用力。影响τ0大小的主要是骨料量、级配、水化物的ζ电位等。τ0越大流动性越差。所以, 在满足搅拌成型的范围内, 尽可能减少集料中的粉、泥含量, 采用间断级配的细集料, 采用低的砂率, 使用表面粗糙的砂, 使用比表面积小的水泥, 从而增加混凝土内部的流动阻力。

3原材料选用:

1、水泥:

选用吉安玉华水泥厂生产的P·O32.5级水泥, 其技术指标如下:

2、粗集料:

选用安福公路分局筑路材料厂生产的5~10、10~31.5㎜两种规格的粗集料, 采用3:7掺配比例, 其级配及物理力学指标均符合技术要求。具体如下表二、表三:

3、细集料:

采用赣江 (吉安段) 中粗砂, 间断级配, 其级配如下表四:

4 水:

赣江吉安段无污染洁净河水。

4 配合比试验

4.1 新拌混凝土工作性试验

考虑到离心钢模上不可以打孔, 离心成型时水分不能从钢模流出, 为了避免成型时混凝土拌和物在钢模内立面上垮塌和硬化前在自重作用下产生塑性变形, 在试配混凝土过程中, 只能选择拌和物呈干硬性状态, 即水灰比小于0.4的状态。所以在试配时, 选择以维勃稠度作为混凝土工作性的评定指标比较理想。

通过调整水泥用量在360~400㎏/m3之间、水灰比小于0.4、砂率在33~35%之间, 混凝土拌合物的维勃稠度在25~30S之间, 满足密实成型要求。

4.2 混凝土强度试验

强度试件采用150×150×150㎜标准试模, 成型过程中采用分两层装模、两次振捣的方法, 保证在干硬性状态下密实成型, 和实际成型的混凝土尽可能保持一致。试配混凝土的强度汇总如下表五。

通过以上试验数据可以看出, 随着水泥用量的增加, 强度反而降低, 说明干硬性混凝土试件的成型近似离心机成型的实体, 混凝土内部形成致密均匀的骨架嵌锁结构, 同时也表明这种结构的强度不完全受水泥用量的制约。

5 预制圆管涵强度检验:

对成型、养护后的钢筋混凝土圆管涵采用回弹法和取芯法进行检测:

采用回弹法时, 随机选取5节, 取每圆管节身上对称的四个部位进行回弹检测, 对强度数据进行评定, 评定值都在38~44MPa间不等, 完全满足设计和使用要求。

采用取芯法时, 随机选取有代表性的管节, 采用钢筋定位扫描仪选取没有钢筋的部位, 利用手持式取芯机, 取出直径10㎝的混凝土芯样, 进行混凝土圆柱体抗压试验。对强度数据进行修正后评定, 评定值在33~38Mpa间不等, 完全满足设计和使用要求。

6 结语:

通过对预制钢筋混凝土圆管涵干硬性混凝土的理论探讨, 混凝土的配合比在普通混凝土配合比设计的基础上, 通过增加水泥、粗集料、细集料与水相互间的摩阻力, 尽可能的防止成型过程中拌和物的分层, 可以有效的保证离心成型圆管涵构件的混凝土质量。

参考文献

[1]普通水泥混凝土配合比设计规程 (JTJ.055-2000)

钢波纹圆管涵的设计与施工技术 篇7

关键词：涵洞,钢波纹管,设计,施工

江苏高等级公路建设规模巨大, 由于江苏范围内河流纵横及农业灌溉的需求, 涵洞工程建设是公路建设的重要内容。目前的小桥涵绝大部分仍采用钢筋混凝土或圬工材料, 在工程应用中, 传统钢筋混凝土涵洞应用中存在问题的日趋明显, 尤其软土地区刚性涵洞开裂渗水会造成路基病害并影响路面结构使用耐久性, 而高强度的柔性钢波纹管涵洞具有非常大的管轴向变形补偿能力, 可以提供适应地基变形的材料伸展余地[1]。

1 工程概况

钢波纹圆管涵属于柔性的涵管, 因其采取波纹化壁面处理, 使其管壁的截面惯性矩急剧加大, 大大增强管的整体抗压能力与稳定性, 而且管轴向有很大的适应变形能力, 因此不仅能够很好的适应软弱地基的变形, 还可以降低地基处理要求, 按照路基段的同等要求来对待采用钢波纹的涵洞段, 这正符合软土地区的公路工程特点要求[2]。钢波纹管涵洞的应用还可以带来路基使用过程中不出现涵洞段与一般路基段的差异沉降, 能够带来路表行车的顺畅舒适, 符合高等级公路建设的发展需求。某双向四车道带中央分隔带的一级公路, 标段全长6.731km, 需要建设多道过水涵洞和人行通道, 其中两道涵洞拟采用钢波纹管结构, 采用分段的螺旋型整体管节, 通过法兰联接拼装。钢波纹管的主要尺寸参数包括波形、直径和厚度, 本工程中波纹管的波形为150mm*50mm, 直径D为4m, 厚度t为4mm。由于该路段路面高程较大, 部分路段填土较大, 拟采用钢波纹管路段的填土高度H为10m。为保证工程的顺利实施, 需对钢波纹管涵的受力情况进行分析和计算, 并对钢波纹管涵的结构安全性进行验证。在具体工程施工中, 还应严格按照施工技术环节提出的要求及注意事项开展施工操作, 从而确保钢波纹管涵洞的施工质量。

2 钢波纹圆管涵的设计计算

在公路工程中, 涵洞钢波纹管主要承受垂直和水平土压力、涵管自重、车辆荷载等荷载作用, 由于钢波纹管厚度较小, 自身质量较小, 对其受力特性的计算分析也主要针对土体荷载和车辆荷载, 涵管受到的土体荷载随着高度的增加而增加, 受到的车辆荷载随着路基填土高度的增加而减小[3]。本工程中涵洞钢波纹管的设计荷载主要考虑管顶以上填土高度恒载和行车荷载的综合作用。土体荷载可以由填土高度H和土体的重度ω计算, 土体荷载DL=ωH, 计算结果为200 KN/m2。公路车辆荷载按照公路—I级荷载进行布置, 其对涵洞作用按车轮着地面积边缘向下作30°角分布, 通过计算横向扩散区长度a和纵向扩散区长度b来确定车辆荷载对涵管的作用力, 车辆荷载LL=车轮荷载/ (a*b) , 计算结果为2.63 KN/m2。对于覆土高度H大于等于管直径D的情况, 总荷载对涵管的作用有所减小, 需要对总荷载进行折减, 可由压实度与荷载系数K的关系图查得荷载系数K, 实际工程中一般采用85%的压实度, 对应的荷载系数取0.86, 涵管受到的总荷载PV为PV=K (DL+LL) , 结算结果为174.3 KN/m2。在荷载作用下, 钢波纹管会产生一定得形变, 荷载过大会导致变形过大, 引起钢波纹管结构的失稳。因此, 需要通过计算确定钢波纹管的环向压力C, 通过与管壁应力的容许值的比较来评定结构的安全性。作用于管面的应力PV和波纹管环向压力C之间的关系为C=PV×D/2, 计算结果为348.5 Kg/cm。钢波纹管涵洞的极限应力fb与管涵直径D与截面回转半径r的比值存在一定的关系, 当D/r≤294时, 极限应力取230 MPa;当294<D/r<500时, 极限应力可按fb=275-0.00058 (D/r) 2计算求解, 当D/r>500时, 极限应力按照fb=3.4×107 (D/r) 2计算求解。因此, 本工程中D为4m, r为17.375mm, 则极限应力为230MPa。当取安全系数为2时, 极限应力为115 MPa。为保证钢波纹管结构的安全使用, 必须确保其设计应力小于极限应力, 而设计应力一般通过环向压力C与面积计算确定, 面积可由美国钢铁研究学会AISI出版《钢结构排水和公路结构手册》根据钢波纹管波纹参数查得, 结算结果为721.8 kg/cm2, 小于波纹管涵管的极限应力, 这表明在本工程中采用波形150mm*50mm, 直径D=4m, 厚度t=4mm的钢波纹管涵洞在10m填土高度公路—I级荷载作用下能够满足截面强度要求。钢波纹管涵在无支撑时可能会产生一定的变形, 因此要保证其结构的刚度满足施工要求, 通常采用柔度系数FF来衡量, 柔度系数FF与波形的组合、金属层厚度有关, 柔度系数FF可以根据FF=D2/EI计算求解, 结算结果为0.05, 满足钢波纹管涵洞施工的技术要求。

3 钢波纹管涵洞的施工技术

波纹钢管桥涵是用钢制波纹管或波纹结构板替代了钢筋混凝土涵洞和小桥中钢筋混凝土管体或小桥支承结构体后完成的一种新型桥涵, 具有施工便捷、适应能力强、运行寿命长、性价比高等特点[4]。钢波纹管涵洞的施工可采用路堤法或反开槽回填法, 一般较多采用反开槽回填法, 主要包括沟槽施工、基础施工、涵管敷设、密封防腐处理、回填和洞口处理等六方面的内容。钢波纹管涵洞的施工先按施工图设计要求标记圆管涵位置, 开挖沟槽。波纹钢管涵洞基础一般为柔性基础, 涵洞基底的沉降和两侧路基的沉降是一致的, 所以在涵洞构筑时不必单独对波纹钢管的基底进行特别处理。本工程处于软土地基路段, 涵洞地基处理方法与路基处理方法相同, 还需在其上填上一层大于30cm厚的优质砂砾垫层, 并保证密实度达到设计要求。波纹钢管涵洞经过一段时间后, 常会产生一定的下沉, 而且往往是管道中部大于两端, 因此, 应在基础上纵向预留0.3%~1%的预拱度, 以确保管道中部不出现凹陷或滑坡。整体圆管涵拼接时端部对齐、端面平行, 管体旋转对齐法兰螺栓孔, 端面间置入弹性密封件, 用配供的螺栓螺母均匀收紧。圆管涵敷设就位、桥涵拼装完成后回填前进行密封防腐处理的现场作业。波纹钢管桥涵敷设、密封处理完成后及时回填, 采用一般土质填筑即可。回填时坚持先底部两侧楔形部位、后管体两侧、最后管体顶部的原则, 并且保证在涵管两侧对称且均衡的状态下作业。波纹钢管桥涵常用的洞口形式有八字式、端墙式、锥坡式、平头式、直管或直管延长式等, 对于有流水冲刷的涵洞进出口处沟床和小桥两端处河床需设置相应的调治构筑物, 同时依两侧地形条件作必要的保护处理, 以降低洞口冲刷防止波纹钢管端口和底部垫层的流失, 保证流水畅顺的同时提高波纹钢管桥涵的耐久寿命[5]。调治保护构筑物的基础和构筑应在桥涵基础施工起同步进行。工程施工实践表明钢波纹管涵洞不仅现场施工简单、工期短, 而且工程的总体造价与钢筋混凝土圆管涵比也并无大的增加, 如果考虑取消对软土地段实施处治的费用, 其实际工程造价还得到了极大的降低, 而且其不仅对路基沉降的要求可以降低到与一般路基段相同, 还可以明显改善后期使用过程中的路面行驶舒适性 (不容易出现行车纵向的错台跳车) 。

4 结论

通过对钢波纹管涵洞受力特性的分析, 可以验证钢波纹管涵洞在工程应用中的可靠性, 通过加强施工管理与监控, 可以保证钢波纹管涵洞在工程应用的耐久性和安全性。相比传统水泥混凝土桥涵, 钢波纹管涵洞的工程建设周期短、造价低、施工方便, 可以减少涵洞的质量病害, 提高涵洞的使用寿命, 减少重建及养护成本, 具有非常广泛的工程推广应用前景。

参考文献

[1]谭国湖.钢波纹管涵在软土路基中的应用[J].湖南交通科技, 2011, 37 (2) :144-146.

[2]王军刚, 刘强.钢波纹管涵在山区高速公路中的应用[J].中外公路, 2009, 29 (2) :165-168.

[3]刘成志.钢波纹管涵洞在公路建设中应用技术分析[J].公路交通技术, 2009 (4) :103-105.

[4]金继伟.高速公路钢波纹管涵的研究及应用[J].河南科学, 2012, 30 (5) :630-634.