海洋平臺鋼管?gfrp管混凝土混合樁腿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海洋平臺鋼管?GFRP管混凝土混合樁腿，包括柱肢、綴管和柱狀螺栓節(jié)點；所述柱肢為三個及以上，所述柱狀螺栓節(jié)點與柱肢固定連接，柱狀螺栓節(jié)點的端部開有螺孔；所述綴管的兩端對應(yīng)開有螺孔，綴管的兩端分別與柱狀螺栓節(jié)點固定；沿柱肢軸線的方向，綴管呈折線狀設(shè)置。本發(fā)明的柱肢部分鋼管、GFRP管和高強混凝土共同承受豎向荷載，鋼管在外部約束高強混凝土、GFRP管在內(nèi)部擠壓高強混凝土，使高強混凝土處于三向受力狀態(tài)，提高了高強混凝土的強度和變形能力。
【專利說明】
海洋平臺鋼管-GFRP管混凝土混合樁腿
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種固定建筑構(gòu)件，尤其是一種建筑用組合結(jié)構(gòu)柱。
【背景技術(shù)】
[0002] 固定導(dǎo)管架平臺是一種常用的近海油氣田開采及海上科研研究平臺。固定導(dǎo)管架 平臺由上層結(jié)果和導(dǎo)管架粧腿支撐體系以及底部粧組成。在海洋結(jié)構(gòu)中，由于風和海浪的 作用，粧腿受到很大的彎曲作用;并且海洋環(huán)境中氯離子含量很高，由于電解質(zhì)起到電荷傳 遞作用，在鋼結(jié)構(gòu)處會發(fā)生原電池化學(xué)反應(yīng)，海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題嚴重?，F(xiàn)采用的粧腿為普 通鋼管或鋼管混凝土單肢粧腿，抗彎能力和耐腐蝕能力均較弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種海洋平臺鋼管-GFRP管混凝土混合粧腿，以解決現(xiàn)有 技術(shù)存在的上述問題。
[0004] 本發(fā)明的核心內(nèi)容是，一種海洋平臺鋼管-GFRP管混凝土混合粧腿，包括柱肢、綴 管和柱狀螺栓節(jié)點;所述柱肢為三個及以上，所述柱狀螺栓節(jié)點與柱肢固定連接，柱狀螺栓 節(jié)點的端部開有螺孔;所述綴管的兩端對應(yīng)開有螺孔，綴管的兩端分別與柱狀螺栓節(jié)點固 定;沿柱肢軸線的方向，綴管呈折線狀設(shè)置。
[0005] 優(yōu)選的，所述柱肢包括第一鋼管、同軸套設(shè)于所述第一鋼管中的第一GFRP管、位于 第一GFRP管內(nèi)的隔板、填充于第一鋼管與第一GFRP管之間的混凝土，以及焊接于柱肢兩端 的端板。
[0006] 優(yōu)選的，所述綴管包括第二鋼管、同軸套設(shè)于所述第二鋼管中的第二GFRP管、填充 于第二鋼管和第二GFRP管之間的隔熱填料，以固定于綴管兩端的封板;所述綴管兩端開有 螺孔。
[0007] 優(yōu)選的，所述柱狀螺栓節(jié)點由兩根鋼管相貫焊接而成。
[0008] 優(yōu)選的，以重量份數(shù)計，所述混凝土包括如下組分:水泥380-420，中砂500-700，玻 璃纖維15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，減水增效劑3-5。
[0009] 所述減水增效劑的結(jié)構(gòu)式為：
[0011]式中，a:b:c = l:1.2:l，n為45 ~50，m 為45 ~50，d為 50 ~80。
[0012]本發(fā)明的工作原理和優(yōu)點是:本發(fā)明的柱肢部分鋼管、GFRP管和高強混凝土共同 承受豎向荷載，鋼管在外部約束高強混凝土、GFRP管在內(nèi)部擠壓高強混凝土，使高強混凝土 處于三向受力狀態(tài)，提高了高強混凝土的強度和變形能力。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的橫截面圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的立體圖。
[0015]圖3是綴管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖4是柱狀螺栓節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1至圖4所示，本發(fā)明的海洋平臺鋼管-GFRP管混凝土混合粧腿主要由柱肢1、 綴管2和柱狀螺栓節(jié)點4構(gòu)成。
[0018] 具體地，柱肢由第一鋼管101、第一 GFRP管102、GFRP隔板103和高強混凝土 104等部 分構(gòu)成。第一鋼管包裹在柱肢的最外層，第一GFRP管處于柱肢中心，于第一鋼管同軸設(shè)置， GFRP管的內(nèi)部被GFRP隔板支撐，在鋼管和GFRP管之間澆筑填滿高強混凝土。柱肢兩端焊接 蓋板3。
[0019] 如圖3所示，綴管由第二鋼管21、隔熱填充料22、第二GFRP管23和封板25構(gòu)成，綴管 的兩端預(yù)留有螺孔24。第二鋼管包裹在綴管的外層，GFRP管位于綴管中心，與鋼管同軸設(shè) 置，二者之間填充隔熱材料;封板為一圓形鋼板，直徑與綴管相同，與鋼管焊接;在綴管梁端 預(yù)留有螺孔用于連接在柱狀螺栓節(jié)點上。
[0020] 如圖4所示，柱狀螺栓節(jié)點由兩根鋼管相貫焊接41而成，管內(nèi)徑比綴管外徑大 1.0mm，厚度應(yīng)滿足連接強度要求。柱狀螺栓節(jié)點鋼管上開有與綴管向匹配的螺孔42。
[0021]在承受豎向荷載時：柱肢部分鋼管、GFRP管、高強混凝土共同承受豎向荷載。鋼管 在外部約束高強混凝土、GFRP管在內(nèi)部擠壓高強混凝土，使高強混凝土處于三向受力狀態(tài)， 提高了高強混凝土的強度和變形能力。GFRP隔板在內(nèi)部支撐GFRP管。綴管在受力中一方面 對柱肢部分起支點作用，降低柱肢的計算長度;另一方面綴管承受格構(gòu)柱受到的剪力作用。 柱狀螺栓節(jié)點焊接在柱肢上，綴管穿在柱狀螺栓節(jié)點內(nèi)，通過螺栓穿過螺孔與柱狀節(jié)點連 接。
[0022] GFRP彈性模量為70GPa，混凝土為20-30GPa，GFRP的彈性模量為混凝土的三倍。利 用GFRP管在柱肢和斜撐等受壓構(gòu)件中等剛度代替混凝土，可減小2/3的混凝土用量。而柱 肢、斜撐、節(jié)點等構(gòu)件可完全在工廠預(yù)制。斜撐與柱肢采用新型節(jié)點，實現(xiàn)安裝的全螺栓拼 接。
[0023]本發(fā)明的制作施工過程如下：
[0024]首先在工廠內(nèi)預(yù)制柱肢:在加工場地上放樣處鋼管和GFRP管的位置，將鋼管和已 經(jīng)與隔板拼裝好的GFRP管吊裝就位后利用夾具固定。利用鋼管和GFRP管為模板澆筑高強度 混凝土，待標準養(yǎng)護至高強度混凝土完全凝結(jié)后平放柱肢，在柱肢兩端焊接端板。
[0025] 與此同時，制作綴管和柱狀螺栓節(jié)點。
[0026] 在工廠內(nèi)將柱狀螺栓節(jié)點焊接在柱肢的指定位置。在施工現(xiàn)場，將柱肢吊裝至指 定位置連接固定后，將綴管穿入柱狀螺栓節(jié)點，利用螺栓進行可靠連接完成安裝。
[0027] 對混凝土進行優(yōu)化設(shè)計。以重量份數(shù)計，混凝土包括如下組分:水泥380-420，中砂 500-700，玻璃纖維15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，減水增效劑3-5。 [0028]其中，所述減水增效劑的結(jié)構(gòu)式為：
[0030]式中，a:b:c = l:1.2:l，n為45 ~50，m 為45 ~50，d為 50 ~80。
[0031]實驗 1-8
[0033] 注:對照組為采用普通減水劑的混凝土，其3d強度為130Mpa，28d強度為135Mpa。
[0034] 總之，本發(fā)明能以較小直徑的柱肢取得較大的截面抗彎剛度，且柱肢以受軸壓力 為主，充分發(fā)揮了鋼管混凝土受壓強度大的特性，因此可應(yīng)用于荷載偏心率較大或長細比 較大的結(jié)構(gòu)中；并且內(nèi)部填充混凝土阻隔了海水與無防腐處理的鋼管內(nèi)壁接觸，減少了腐 蝕面積，該結(jié)構(gòu)形式是海洋平臺粧腿的合理形式。
【主權(quán)項】
1. 一種海洋平臺鋼管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，包括柱肢、綴管和柱狀螺 栓節(jié)點;所述柱肢為Ξ個及W上，所述柱狀螺栓節(jié)點與柱肢固定連接，柱狀螺栓節(jié)點的端部 開有螺孔;所述綴管的兩端對應(yīng)開有螺孔，綴管的兩端分別與柱狀螺栓節(jié)點固定;沿柱肢軸 線的方向，綴管呈折線狀設(shè)置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺鋼管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述柱 肢包括第一鋼管、同軸套設(shè)于所述第一鋼管中的第一 GFRP管、位于第一 GFRP管內(nèi)的隔板、填 充于第一鋼管與第一 GFRP管之間的混凝±，W及焊接于柱肢兩端的端板。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺鋼管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述綴 管包括第二鋼管、同軸套設(shè)于所述第二鋼管中的第二GFRP管、填充于第二鋼管和第二GFRP 管之間的隔熱填料，W固定于綴管兩端的封板;所述綴管兩端開有螺孔。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺鋼管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述柱 狀螺栓節(jié)點由兩根鋼管相貫焊接而成。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋平臺鋼管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，W重量 份數(shù)計，所述混凝上包括如下組分：水泥380-420,中砂500-700,玻璃纖維15-25,水180- 200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，減水增效劑3-5。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的海洋平臺鋼管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述減 水增效劑的結(jié)構(gòu)式為：式中，日:6:。= 1:1.2:1，11為45~50，111為45~50，(1為50~80。
【文檔編號】E02B17/00GK106087926SQ201610392540
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610392540.8, CN 106087926 A, CN 106087926A, CN 201610392540, CN-A-106087926, CN106087926 A, CN106087926A, CN201610392540, CN201610392540.8
【發(fā)明人】伍凱, 曹平周, 張賀, 陳 峰, 章恒
【申請人】河海大學(xué)