圓鋼管連接方式及應(yīng)用現(xiàn)狀

于 歡 李運(yùn)鵬

(華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000)

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圓鋼管連接方式及應(yīng)用現(xiàn)狀

于 歡 李運(yùn)鵬

(華北理工大學(xué)，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(diǎn)，并分析了影響節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的因素，闡述了鋼管灌漿套筒連接的應(yīng)用現(xiàn)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(yīng)用于海洋平臺的基礎(chǔ)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(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了大量裝配式結(jié)構(gòu)。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)是把預(yù)制的構(gòu)件用節(jié)點(diǎn)和接縫連接起來的，由此構(gòu)件之間連接的可靠性決定了墻體的可靠性。在保證結(jié)構(gòu)整體受力性能的前提下，應(yīng)努力使受力明確，連接簡單。灌漿套筒連接技術(shù)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(huán)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(nèi)外鋼管。通過凝固之后的內(nèi)管與外管之間的灌漿料內(nèi)部存在的剪切力來傳遞軸向應(yīng)力[1]。鋼管混凝土力學(xué)優(yōu)點(diǎn)在于具有較高的強(qiáng)度、較輕的重量、耐疲勞抗沖擊，同時(shí)在施工過程中省時(shí)省料、方便快速。

由現(xiàn)有研究可知，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜多樣，節(jié)點(diǎn)處受力情況不甚明確，國內(nèi)尚未有統(tǒng)一的公式標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理論計(jì)算設(shè)計(jì)，還有很多的研究需要進(jìn)行。

1 圓鋼管節(jié)點(diǎn)連接方式

1.1 焊接連接

焊接連接是在生產(chǎn)過程中經(jīng)常用到的一種連接方式，它的應(yīng)用原理是利用了在高溫下，金屬分子之間互相滲透并結(jié)合為一體來進(jìn)行焊接的。它的連接方式包括鋼管連接焊接和鋼板節(jié)點(diǎn)焊接連接。焊接優(yōu)點(diǎn)在于能夠使連接件緊密接觸，但是對操作者和操作環(huán)境的要求都比較高，同時(shí)易于出現(xiàn)焊接缺陷，不便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作。鋼管焊接連接一般應(yīng)用于大跨度空間鋼管結(jié)構(gòu)的連接中。在國內(nèi)一般應(yīng)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(yīng)用焊接連接。

1.2 法蘭連接

法蘭連接是鋼管連接經(jīng)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(jìn)行連接。這種方法易于操作且對施工人員技術(shù)素質(zhì)要求低，但是缺點(diǎn)在于極易被腐蝕，維修成本也相對較高。

從20世紀(jì)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(yè)開始得到實(shí)施。因此，國外對于法蘭連接的研究和運(yùn)用相對國內(nèi)起步較早，比如在深海管道的法蘭連接技術(shù)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(guān)技術(shù)和產(chǎn)品[2]。而我國對法蘭連接技術(shù)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(gòu)件連接中大量應(yīng)用，而在結(jié)構(gòu)工程中一般只有次要受力構(gòu)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(fēng)電塔架工程就是應(yīng)用了法蘭連接。圖2為法蘭連接在實(shí)際應(yīng)用中的示例。

1.3 灌漿套筒連接

套管連接的方法是把內(nèi)管和外管沿同一軸心放置，在內(nèi)管外側(cè)和外觀內(nèi)側(cè)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(nèi)外兩管。灌漿料凝固后有預(yù)應(yīng)力存在，即為預(yù)應(yīng)力灌漿套筒，反之，則為非預(yù)應(yīng)力灌漿套筒(見圖3)。

2 鋼管灌漿套筒連接應(yīng)用現(xiàn)狀

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

我國浙江大學(xué)的龔順風(fēng)教授對海洋平臺的灌漿卡箍技術(shù)進(jìn)行了研究。目前該技術(shù)已經(jīng)越來越完善，已經(jīng)大量在管線結(jié)構(gòu)和鋼管結(jié)構(gòu)中投入使用，用于它們的維修與加固，同時(shí)也應(yīng)用于次要構(gòu)件的連接，如圖4所示。

英國、日本等發(fā)達(dá)國家都對該技術(shù)進(jìn)行了大量且系統(tǒng)的調(diào)查研究，所得成果應(yīng)用于實(shí)際工程中。例如Splice Sleeve具有創(chuàng)造性的在Ala Moana酒店的預(yù)制柱內(nèi)的鋼筋端部完美的續(xù)接了鋼筋套筒連接器，成為了剛性接頭續(xù)接的第一人，后來該技術(shù)經(jīng)由日本TTK公司改進(jìn)成相對短小的Tops Sleeve。

3 結(jié)語

由于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)施工中的復(fù)雜和難度，極大程度的限制了預(yù)制組合構(gòu)件在工程實(shí)際中的應(yīng)用[4-7]。到目前為止，國內(nèi)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(xiàng)技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。所以我們要對此進(jìn)行試驗(yàn)，力求給出鋼管混凝土灌漿套筒連接承載力科學(xué)的計(jì)算理論，進(jìn)而推動(dòng)裝配式鋼管混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

[1] 韓瑞龍,施衛(wèi)星,周 洋.灌漿套筒連接技術(shù)及其應(yīng)用[J].結(jié)構(gòu)工程師,2011,27(3):149-153.

[2] 王立權(quán),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(yè),2009,29(10):89-92.

[3] 宗 亮,王元清,石永久,等.鋼管結(jié)構(gòu)法蘭連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J].鋼結(jié)構(gòu)工程研究，2010(3)：57-66.

[4] 蔡 健,楊 春,蘇恒強(qiáng).對穿暗牛腿式鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000(5):105-109.

[5] 李 惠,吳 波,張洪濤.鋼管高強(qiáng)混凝土疊合節(jié)點(diǎn)中核心部分的靜力承載力研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),1998(3):1-6.

[6] 李學(xué)平,呂西林.方鋼管混凝土柱外置式環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)面抗剪研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,30(1):11-17.

[7] 呂西林,陸偉東.反復(fù)荷載作用下方鋼管混凝土柱的抗震性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),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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