圓鋼管連接方式及應用現狀

于 歡 李運鵬

(華北理工大學，河北 唐山 063000)

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圓鋼管連接方式及應用現狀

于 歡 李運鵬

(華北理工大學，河北 唐山 063000)

介紹了焊接連接、法蘭連接、灌漿套筒連接三種常用的圓鋼管連接方式，探討了各種連接方式的特點，并分析了影響節點強度的因素，闡述了鋼管灌漿套筒連接的應用現狀，為類似問題的研究提供參考。

圓鋼管，鋼管灌漿套筒，焊接連接，法蘭連接

0 引言

鋼管灌漿套筒最初應用于海洋平臺的基礎連接部分，最初的目的是防止鋼管被腐蝕且加大了鋼管的抗彎性能。隨著經濟的高速發展，出現了大量裝配式結構。預制裝配式結構是把預制的構件用節點和接縫連接起來的，由此構件之間連接的可靠性決定了墻體的可靠性。在保證結構整體受力性能的前提下，應努力使受力明確，連接簡單。灌漿套筒連接技術的原理是通過在直徑不同但同軸的兩鋼管所形成的縫隙中沿環向澆筑水泥漿等灌漿料(見圖1)，依靠灌漿料凝固后的咬合作用來連接內外鋼管。通過凝固之后的內管與外管之間的灌漿料內部存在的剪切力來傳遞軸向應力[1]。鋼管混凝土力學優點在于具有較高的強度、較輕的重量、耐疲勞抗沖擊，同時在施工過程中省時省料、方便快速。

由現有研究可知，鋼管混凝土節點形式復雜多樣，節點處受力情況不甚明確，國內尚未有統一的公式標準進行理論計算設計，還有很多的研究需要進行。

1 圓鋼管節點連接方式

1.1 焊接連接

焊接連接是在生產過程中經常用到的一種連接方式，它的應用原理是利用了在高溫下，金屬分子之間互相滲透并結合為一體來進行焊接的。它的連接方式包括鋼管連接焊接和鋼板節點焊接連接。焊接優點在于能夠使連接件緊密接觸，但是對操作者和操作環境的要求都比較高，同時易于出現焊接缺陷，不便于實現標準化操作。鋼管焊接連接一般應用于大跨度空間鋼管結構的連接中。在國內一般應用于鋼管混凝土拱橋和鋼管混凝土空間桁橋中，有些特殊鋼管在天然氣管道搭建中也有應用焊接連接。

1.2 法蘭連接

法蘭連接是鋼管連接經常用到的一種連接方式，這種連接方式承載性能好，制作方便又便于安裝，就其他形式而言外觀也更美觀。法蘭連接形式多樣，例如常見的平法蘭連接、活法蘭連接等，而平法蘭連接是最為常用的一種，方法是將兩只法蘭盤分別固定于需要連接的鋼管端部，然后用螺栓將兩法蘭盤進行連接。這種方法易于操作且對施工人員技術素質要求低，但是缺點在于極易被腐蝕，維修成本也相對較高。

從20世紀70年代(Rockey和Grififiths)開始，法蘭連接的研究就率先在國外展開，其成果在煉油、化工等專業開始得到實施。因此，國外對于法蘭連接的研究和運用相對國內起步較早，比如在深海管道的法蘭連接技術上，美國Sonsub公司、挪威Acergy公司和瑞士的Allseas Group公司等都擁有相關技術和產品[2]。而我國對法蘭連接技術的研究要相對來說滯后一些，主要在管道容器連接和電力構件連接中大量應用，而在結構工程中一般只有次要受力構件才采用此種連接方式[3]。例如我國的華新能源有限公司的風電塔架工程就是應用了法蘭連接。圖2為法蘭連接在實際應用中的示例。

1.3 灌漿套筒連接

套管連接的方法是把內管和外管沿同一軸心放置，在內管外側和外觀內側分別焊接抗剪鍵，然后在兩管空隙澆筑灌漿料，利用灌漿料與鋼管間的摩擦力連接內外兩管。灌漿料凝固后有預應力存在，即為預應力灌漿套筒，反之，則為非預應力灌漿套筒(見圖3)。

2 鋼管灌漿套筒連接應用現狀

到目前為止，灌漿套筒連接在以下項目中投入使用:1)海洋平臺和風力渦輪機的基礎連接；2)在海洋平臺中被損壞的鋼管、在建筑結構中受損的構件的維修加固；3)建筑結構中的鋼管連接。我們一般在內管和外管的接觸面上設置一定數量的抗剪鍵，用于提高構件連接的承載力。

我國浙江大學的龔順風教授對海洋平臺的灌漿卡箍技術進行了研究。目前該技術已經越來越完善，已經大量在管線結構和鋼管結構中投入使用，用于它們的維修與加固，同時也應用于次要構件的連接，如圖4所示。

英國、日本等發達國家都對該技術進行了大量且系統的調查研究，所得成果應用于實際工程中。例如Splice Sleeve具有創造性的在Ala Moana酒店的預制柱內的鋼筋端部完美的續接了鋼筋套筒連接器，成為了剛性接頭續接的第一人，后來該技術經由日本TTK公司改進成相對短小的Tops Sleeve。

3 結語

由于鋼管混凝土節點在設計施工中的復雜和難度，極大程度的限制了預制組合構件在工程實際中的應用[4-7]。到目前為止，國內外對鋼管灌漿套筒承載力的研究也是比較匱乏的，因此掌握的理論也并不能稱之為完善，這在很大程度上限制了該項技術在實際工程中的應用。所以我們要對此進行試驗，力求給出鋼管混凝土灌漿套筒連接承載力科學的計算理論，進而推動裝配式鋼管混凝土剪力墻結構的應用。

[1] 韓瑞龍,施衛星,周 洋.灌漿套筒連接技術及其應用[J].結構工程師,2011,27(3):149-153.

[2] 王立權,王文明,趙冬巖,等.深海管道法蘭連接方案研究[J].天然氣工業,2009,29(10):89-92.

[3] 宗 亮,王元清,石永久,等.鋼管結構法蘭連接節點的應用與研究現狀[J].鋼結構工程研究，2010(3)：57-66.

[4] 蔡 健,楊 春,蘇恒強.對穿暗牛腿式鋼管混凝土柱節點試驗研究[J].華南理工大學學報,2000(5):105-109.

[5] 李 惠,吳 波,張洪濤.鋼管高強混凝土疊合節點中核心部分的靜力承載力研究[J].哈爾濱建筑大學學報,1998(3):1-6.

[6] 李學平,呂西林.方鋼管混凝土柱外置式環梁節點的聯結面抗剪研究[J].同濟大學學報,2002,30(1):11-17.

[7] 呂西林,陸偉東.反復荷載作用下方鋼管混凝土柱的抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報,2000,21(2):2-7.

On joint approaches of circular steel tube and its application

Yu Huan Li Yunpeng

(NorthChinaUniversityofTechnology,Tangshan063000,China)

The paper introduces the three common circular steel tube connection approaches including the welding joint, flanged joint, and grout sleeve joint, explores the features of the three joint approaches, analyzes the factors affecting the joint strength, and illustrates the application of the steel tube grout sleeve joint, so as to provide some reference for similar problems.

circular steel tube, steel tube grout sleeve, welding joint, flanged joint

1009-6825(2016)16-0100-03

2016-03-23

于 歡(1992- )，女，在讀碩士

TU756.45

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