一种双管对中装置及其实现方法与流程

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种双管对中装置及其实现方法。

背景技术：

随着混凝土强度和各项性能的不断提高，约束混凝土构件得到极大发展，如早期广泛推广使用的钢管混凝土构件，不仅施工便捷，而且内混凝土在外钢管的约束下，承载力和延性大大增强。随着新材料的发展，纤维增强复合材料(fibre-reinforced polymer，简称FRP)以其轻质高强、可塑性强、耐腐蚀等优良性能，用于约束混凝土，能有效减少钢管腐蚀造成的结构性能退化等问题。然而，约束混凝土构件由于内部实心填充，也造成了结构自重加大，延性减弱，抗震性能不强等问题。

自香港理工大学滕锦光教授提出外FRP管、内钢管及两管之间填充混凝土的新型FRP管-混凝土-钢管双壁空心组合柱(Double skin tubular columns，简称DSTCs)以来，该组合结构件在建筑桥梁中的研究和应用迅速发展。这种新型双管组合结构件，同时具有承载力强，耐腐蚀性好，抗震性能优等特点，内部钢管的增加能有效弥补空心混凝土造成的结构件承载力降低，而且该结构件的抗震性能大大提高。同时空心组合结构件的中部可用于布置管道线路，节省空间并美化结构。这种双管空心组合构件有多种不同组合形式，包括内外双圆管，内外双方管以及内圆外方管组合结构。双管一般为中心对中重合，用于轴压结构柱；其中，内钢管也可向受拉区偏移，用于偏压结构柱及梁结构。当然，为进一步提高组合结构件的轴压承载力，管内亦可二次填充混凝土。

除FRP管-混凝土-钢管双壁组合构件外，还有多种新型的双管组合结构件，包括双钢管空心组合结构件，双FRP管空心组合结构件，内填充FRP管的外钢管约束混凝土实心组合结构件。其中，双钢管空心组合构件能充分利用成熟的钢管焊接技术进行节点处理，实现该组合结构件的结构组装成型；双FRP管空心组合结构件则保证了试件内外表面的高耐腐蚀性能，适用于海洋、高湿热等不良环境；内填充FRP管和外钢管约束混凝土实心组合结构件则具有高承载力和延性的特点，能充分利用和发挥各材料特性，同时保留了钢节点焊接的优点。

随着各种不同形式的双管组合结构件在实际工程中的推广应用，如何快速方便并有效地进行双管的定位、对中，并保证固定牢靠，成为双管组合结构件在施工中需要面对的重要问题，对中质量的好坏甚至对整个结构件及结构性能造成很大的影响。然而，在目前的施工过程中，没有形成双管定位对中的成熟工艺，亦无有效工具保证对中效果，往往凭借施工人员的个人经验和肉眼操作水平，而且施工现场需要搭设脚手架，占用较大空间和资源，操作繁琐，精度不高，不利于双管组合结构件在施工的过程中有效快速开展。因而提出便捷有效，精度和稳定性高，适用性强，可循环利用的双管对中装置及技术方法，对推广新型双管组合结构件的实际工程应用显得十分必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种构造简单、用材方便、操作便捷、性能可靠、适用性强和具有可循环利用的双管对中装置。

本发明的另一目的在于提供一种双管对中装置的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种双管对中装置，包括T型连接件、紧固螺栓、可调节螺栓、顶紧螺栓、长螺母、固定螺栓、内管、外管和底板，其中，所述内管和外管都设置在所述底板上，所述内管位于外管之中，所述内管和外管之间留有空间；

所述T型连接件设有多个且都设置在所述底板上，所述T型连接件设置在所述外管的周围，所述T型连接件包括横板和竖板，所述竖板垂直设置在横板上，所述横板上设有螺栓孔，所述紧固螺栓穿过所述螺栓孔与所述底板相连接，所述竖板与所述外管的外表面相垂直，且所述竖板平行于板面方向设有上下两个螺栓孔，所述可调节螺栓穿过下方的螺栓孔，所述顶紧螺栓穿过上方的螺栓孔，所述可调节螺栓和顶紧螺栓都与所述外管的外表面顶紧；

所述固定螺栓设有多个且每个固定螺栓的头部都与所述内管顶部的外表面固定连接，所述长螺母设置的数量与所述固定螺栓设置的数量相同，所述固定螺栓的尾部与所述长螺母相连接且所述长螺母可在固定螺栓上旋转进出，所述固定螺栓和长螺母位于所述内管和外管之间的空间里，所述长螺母从固定螺栓上旋出并顶紧在所述外管的内表面上。

优选地，所述T型连接件设有四个，分别设置在所述外管的前后左右四个方向上；所述固定螺栓设有四个，分别设置在所述内管顶部外表面的前后左右四个方向上；T型连接件及固定螺栓设置四个，能够更精确地对双管进行对中操作。

优选地，所述T型连接件设有六个，分别设置在所述外管的周围，所述六个T型连接件相互之间间隔的距离相等；所述固定螺栓设有六个，分别设置在所述内管顶部的外表面上，所述六个固定螺栓相互之间间隔的距离相等；T型连接件及固定螺栓设置六个，能够更精确地对双管进行对中操作。

优选地，所述T型连接件和固定螺栓都为钢材或者纤维复合材料制成；这样设置是为了适应不同结构件材料而选用的，如果是连接FRP管就用FRP材质的T型连接件和固定螺栓，则用环氧树脂粘接固定，如果是连接钢管就用钢材质的T型连接件和固定螺栓，则用焊接固定。

优选地，所述内管为钢管或者FRP管；所述外管为钢管或者FRP管；根据不同的实际工程建筑结构需求，内管和外管都可以由钢管或者FRP管任意组合的设置，以充分利用钢管的轴向刚度和延性，以及FRP管良好的环向约束力和抗腐蚀能力，尽量规避和减少钢管的腐蚀与屈曲，以及FRP管单独承受轴向压力的情况，更好地实现各材料的优化组合，发挥各材料在结构构件中的最优性能。

优选地，所述每个固定螺栓的头部都设置在所述内管距离顶端向下50mm的外表面上；固定螺栓设置在离顶端稍偏下的距离，有利于对固定螺栓进行焊接或者粘接的操作。

一种由上述双管对中装置的实现方法，包括下述步骤：

(1)将内管底部固定在底板上，随后将外管套在内管外，此时内管和外管之间留有空间，并对外管的位置初步定位；

(2)将多个T型连接件设置在外管四周，并用紧固螺栓将T型连接件固定在底板上，将可调节螺栓和顶紧螺栓安装在T型连接件上，旋转可调节螺栓，使可调节螺栓顶在外管的外表面，通过旋转各可调节螺栓使外管底部的中心线和内管底部的中心线重合，随后旋转各顶紧螺栓锁定外管的位置，完成内管和外管底部的对中工作；

(3)将多个固定螺栓分别装上对应的长螺母，随后将各固定螺栓的头部焊接在内管顶部的外表面上，此时各固定螺栓和长螺母都位于内管和外管之间的空间内，将各长螺母从对应的固定螺栓上旋出，使各长螺母顶在外管的内表面上，通过旋转各长螺母使外管顶部的中心线和内管顶部的中心线重合，完成内管和外管顶部的对中工作；

(4)将混凝土灌入内管和外管之间的空间内；

(5)将装有可调节螺栓和顶紧螺栓的T型连接件从底板上拆除。

优选地，步骤(2)中，所述T型连接件设有四个，分别设置在所述外管的前后左右四个方向上；步骤(3)中，所述固定螺栓设有四个，分别设置在所述内管顶部外表面的前后左右四个方向上。

优选地，步骤(2)中，所述T型连接件设有六个，分别设置在所述外管的周围，所述六个T型连接件相互之间间隔的距离相等；步骤(3)中，所述固定螺栓设有六个，分别设置在所述内管顶部的外表面上，所述六个固定螺栓相互之间间隔的距离相等。

本发明的工作原理：

工作时，首先将内管底部焊接在底板上，随后将外管套在内管外，此时内管和外管之间留有空间，并对外管的位置初步定位；随后将多个T型连接件设置在外管四周，并用紧固螺栓将T型连接件固定在底板上，将可调节螺栓和顶紧螺栓安装在T型连接件上，旋转可调节螺栓，使可调节螺栓顶在外管的外表面，通过旋转各可调节螺栓使外管底部的中心线和内管底部的中心线重合，随后旋转各顶紧螺栓锁定外管的位置，完成内管和外管底部的对中工作；将多个固定螺栓分别装上对应的长螺母，随后将各固定螺栓的头部焊接在内管顶部的外表面上，此时各固定螺栓和长螺母都位于内管和外管之间的空间内，将各长螺母从对应的固定螺栓上旋出，使各长螺母顶在外管的内表面上，通过旋转各长螺母使外管顶部的中心线和内管顶部的中心线重合，完成内管和外管顶部的对中工作；将混凝土灌入内管和外管之间的空间内；将装有可调节螺栓和顶紧螺栓的T型连接件从底板上拆除。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)本发明能够适用于各种不同的管径和管厚、不同的结构件截面空心率、不同管材及不同管截面形状的双管组合结构件的双管对中装置。该装置不仅设计合理，体积灵巧，构造简单，用材便捷，成本低廉，而且不影响管内混凝土浇筑，可以重复利用率高，操作简单，可靠性强；

(2)本发明设计科学合理，可靠性高，通过T型连接件的多点定位，调节与监测并行的方法，有效保障了对中定位的精度及稳定性；

(3)本发明适用性广，可通过调节底板面积大小，及底板所开螺栓孔的位置和数量，适用于不同结构件的截面尺寸，即对于外管截面积及厚度较大的双管结构件，可以适当增加T型连接件的数量，以达到更好对中和定位效果。可通过增加固定螺栓和长螺母的数量，以及调整固定螺栓和长螺母的长度及直径，以适应不同空心率截面构件；本发明除可使用钢材，通过焊接使其自身零件相连，以及相关零件与组合结构件的钢管材料相连。亦可使用FRP材料，预制成纤维螺栓及纤维板块，通过环氧树脂等树脂类胶粘材料使其自身零件之间及与组合结构的FRP管相连，可适用于各种不同的管径、管厚，不同的结构件截面空心率，不同管材及不同管截面形状的双管组合结构件；

(4)本发明构造简单，成本低廉，相关组件零件体积小，结构简单，而且各组分连接清晰明了，同时装置的选材大众，制造成本及难度较低，价格便宜；

(5)本发明操作便捷，除焊接或使用胶黏剂材料粘接外，均通过手动调节螺栓达到双管对中的目的，而无需辅助仪器设备，对施工人员技术要求很低，而且顶部螺栓可永久埋设于构件中，无需后续拔出处理，既方便施工操作，亦不影响混凝土浇筑及结构受力；

(6)本发明循环利用率高，外管底部的T型连接件及其他部件可在混凝土达到一定强度后拆卸，既不影响结构外观，而且节约成本，实现资源的循环利用。

附图说明

图1为本发明T型连接件的正视图；

图2为本发明T型连接件的左视图；

图3为本发明固定螺栓和长螺母的结构示意图；

图4为图1的剖面图；

图5为图2的剖面图；

图6为图3的剖面图；

图7为本发明的俯视图；

图8为图7的A-A剖面图。

图中附图标记为：1、T型连接件；2、紧固螺栓；3、可调节螺栓；4、顶紧螺栓；5、长螺母；6、固定螺栓；7、内管；8、混凝土；9、外管；10、底板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-8所示，一种双管对中装置，包括T型连接件1、紧固螺栓2、可调节螺栓3、顶紧螺栓4、长螺母5、固定螺栓6、内管7、外管9和底板10，其中，所述内管7和外管9都设置在所述底板10上，所述内管7位于外管9之中，所述内管7和外管9之间留有空间，所述内管7的外径为200mm，内管7的柱高为1950mm，所述外管9的外径为408mm，外管9的柱高为1950mm，所述内管7为钢管，所述外管9为FRP管；所述T型连接件1和固定螺栓6都为钢材或者纤维复合材料制成，所述T型连接件1设有多个且都设置在所述底板10上，所述T型连接件1设置在所述外管9的周围，所述T型连接件1设有四个，分别设置在所述外管9的前后左右四个方向上；对于外管截面积及厚度较大的双管结构件，所述T型连接件1可以设有六个，分别设置在所述外管9的周围，所述六个T型连接件1相互之间间隔的距离相等，T型连接件个数是根据双管结构件的尺寸和形状来确定，如果是圆形，根据3点定圆，最少3个T型连接件就可以定位，对于矩形柱、异形柱，为操作方便一般选对称点、中点以及内凹转折点设置T型连接件位置，对于截面尺寸较大的结构件，设置T型连接件则相应地增多，以满足双管对中的需求；所述T型连接件1包括横板和竖板，所述竖板垂直设置在横板上，所述横板上设有螺栓孔，所述紧固螺栓2穿过所述螺栓孔与所述底板10相连接，所述竖板与所述外管9的外表面相垂直，且所述竖板平行于板面方向设有上下两个螺栓孔，所述可调节螺栓3穿过下方的螺栓孔，所述顶紧螺栓4穿过上方的螺栓孔，所述可调节螺栓3和顶紧螺栓4都与所述外管9的外表面顶紧；所述固定螺栓6设有多个且每个固定螺栓6的头部都与所述内管7顶部的外表面固定连接，所述每个固定螺栓6的头部都焊接于所述内管7距离顶端向下50mm的外表面上，所述固定螺栓6设有四个，分别设置在所述内管7顶部外表面的前后左右四个方向上；对于外管截面积及厚度较大的双管结构件，所述固定螺栓6可以设有六个，分别设置在所述内管7顶部的外表面上，所述六个固定螺栓6相互之间间隔的距离相等；所述长螺母5设置的数量与所述固定螺栓6设置的数量相同，所述固定螺栓6的尾部与所述长螺母5相连接且所述长螺母5可在固定螺栓6上旋转进出，所述固定螺栓6和长螺母5位于所述内管7和外管9之间的空间里，所述长螺母5从固定螺栓6上旋出并顶紧在所述外管9的内表面上。

工作时，首先将内管7底部焊接在底板10上，随后将外管9套在内管7外，此时内管7和外管9之间留有空间，并对外管9的位置初步定位；随后将多个T型连接件1设置在外管9四周，所述T型连接件1设有四个，分别设置在外管9的前后左右四个方向上，并用紧固螺栓2将T型连接件1固定在底板10上，将可调节螺栓3和顶紧螺栓4安装在T型连接件1上，旋转可调节螺栓3，使可调节螺栓3顶在外管9的外表面，通过旋转各可调节螺栓3使外管9底部的中心线和内管7底部的中心线重合，随后旋转各顶紧螺栓4锁定外管9的位置，完成内管7和外管9底部的对中工作；将多个固定螺栓6分别装上对应的长螺母5，随后将各固定螺栓6的头部焊接在内管7顶部的外表面上，所述固定螺栓6设有四个，分别设置在所述内管7顶部外表面的前后左右四个方向上，此时各固定螺栓6和长螺母5都位于内管7和外管9之间的空间内，将各长螺母5从对应的固定螺栓6上旋出，使各长螺母5顶在外管9的内表面上，通过旋转各长螺母5使外管9顶部的中心线和内管7顶部的中心线重合，完成内管7和外管9顶部的对中工作；将混凝土8灌入内管7和外管9之间的空间内；将装有可调节螺栓3和顶紧螺栓4的T型连接件1从底板上拆除。

具体来说，本发明双管对中装置选用钢材制造，其中T型连接件1由两带厚度的矩形板按倒T字型焊接而成，T型连接件1的翼缘底板10长80mm，宽80mm，厚16mm，其四角各开一个直径7mm螺栓孔，孔的中心距为50mm，边距为11.5mm。T型连接件1的竖板长160mm，宽80mm，厚32mm，在T型连接件1中的竖板上平行于板面方向的中轴线上下对称开两个直径17mm的螺栓孔，孔中心距为100mm，边距是21.5mm，下孔安装可调节螺栓3，上孔安装顶紧螺栓4，可调节螺栓3和顶紧螺栓4的长度均为110mm，直径为16mm，固定螺栓6长度为80mm，直径为12mm，头部与内管7焊接固定，另一自由端连上长螺母5，长螺母5内径12mm，外径28mm。

本发明应用于FRP管-混凝土-钢管双管组合结构柱，该组合结构柱的尺寸为内管7外径200mm，外管9外径408mm，内管7和外管9的柱高都为1950mm。先将内管7底端部焊于一块长650mm、宽650mm、厚14mm的方形钢板，钢板的四边中点处距离板中心245mm对称各预留一组螺栓孔，每组为四个直径7mm的螺栓孔，每组螺栓孔中心间隔50mm。之后将外管9套在内管7外。接着，将每个T型连接件1通过四个紧固螺栓2与底板10连接锁紧；在连接四个T型连接件1后，对外管9位置初步定位。最后，装上可调节螺栓3和顶紧螺栓4，通过旋转各可调节螺栓3，使组合结构件底部外管9与内管7中心线重合；通过旋转各顶紧螺栓4固定调节后的组合结构件底部外管9。通过上述T型连接件1初步定位，可调节螺栓3进一步调节，顶紧螺栓4微调及锁定，达到组合构件双管底部对中的效果。在底部对中完成的基础上，对于顶部，先将四个固定螺栓6分别装上四个长螺母5，然后将每个固定螺栓6的头部焊接于内管7距离顶端向下50mm的外表面上，再通过旋转各长螺母5，使组合结构件顶部外管9与内管7中心线重合，完成组合结构件双管顶部对中。将混凝土8灌入内管7和外管9之间的空间内。最后将装有可调节螺栓3和顶紧螺栓4的T型连接件1从底板上拆除。

本发明能够适用于各种不同的管径和管厚、不同的结构件截面空心率、不同管材及不同管截面形状的双管组合结构件的双管对中装置。该装置不仅设计合理，体积灵巧，构造简单，用材便捷，成本低廉，而且不影响管内混凝土浇筑，可以重复利用率高，操作简单，可靠性强；设计科学合理，可靠性高，通过T型连接件的多点定位，调节与监测并行的方法，有效保障了对中定位的精度及稳定性；适用性广，可通过调节底板面积大小，及底板所开螺栓孔的位置和数量，适用于不同结构件的截面尺寸，即对于外管截面积及厚度较大的双管结构件，可以适当增加T型连接件的数量，以达到更好对中和定位效果。可通过调整固定螺栓和长螺母的长度及直径，以适应不同空心率截面构件；本发明除可使用钢材，通过焊接使其自身零件相连，以及相关零件与组合结构件的钢管材料相连。亦可使用FRP材料，预制成纤维螺栓及纤维板块，通过环氧树脂等树脂类胶粘材料使其自身零件之间及与组合结构的FRP管相连，可适用于各种不同的管径、管厚，不同的结构件截面空心率，不同管材及不同管截面形状的双管组合结构件；构造简单，成本低廉，相关组件零件体积小，结构简单，而且各组分连接清晰明了，同时装置的选材大众，制造成本及难度较低，价格便宜；操作便捷，除焊接或使用胶黏剂材料粘接外，均通过手动调节螺栓达到双管对中的目的，而无需辅助仪器设备，对施工人员技术要求很低，而且顶部螺栓可永久埋设于构件中，无需后续拔出处理，既方便施工操作，亦不影响混凝土浇筑及结构受力；循环利用率高，外管底部的T型连接件及其他部件可在混凝土达到一定强度后拆卸，既不影响结构外观，而且节约成本，实现资源的循环利用。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。