海洋平台钢管?gfrp管混凝土混合桩腿的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种海洋平台钢管?GFRP管混凝土混合桩腿，包括柱肢、缀管和柱状螺栓节点；所述柱肢为三个及以上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓节点的端部开有螺孔；所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固定；沿柱肢轴线的方向，缀管呈折线状设置。本发明的柱肢部分钢管、GFRP管和高强混凝土共同承受竖向荷载，钢管在外部约束高强混凝土、GFRP管在内部挤压高强混凝土，使高强混凝土处于三向受力状态，提高了高强混凝土的强度和变形能力。
【专利说明】
海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿
技术领域
[0001] 本发明涉及一种固定建筑构件，尤其是一种建筑用组合结构柱。
【背景技术】
[0002] 固定导管架平台是一种常用的近海油气田开采及海上科研研究平台。固定导管架 平台由上层结果和导管架粧腿支撑体系以及底部粧组成。在海洋结构中，由于风和海浪的 作用，粧腿受到很大的弯曲作用;并且海洋环境中氯离子含量很高，由于电解质起到电荷传 递作用，在钢结构处会发生原电池化学反应，海洋钢结构腐蚀问题严重。现采用的粧腿为普 通钢管或钢管混凝土单肢粧腿，抗弯能力和耐腐蚀能力均较弱。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，提供一种海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合粧腿，以解决现有 技术存在的上述问题。
[0004] 本发明的核心内容是，一种海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合粧腿，包括柱肢、缀 管和柱状螺栓节点;所述柱肢为三个及以上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓 节点的端部开有螺孔;所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固 定;沿柱肢轴线的方向，缀管呈折线状设置。
[0005] 优选的，所述柱肢包括第一钢管、同轴套设于所述第一钢管中的第一GFRP管、位于 第一GFRP管内的隔板、填充于第一钢管与第一GFRP管之间的混凝土，以及焊接于柱肢两端 的端板。
[0006] 优选的，所述缀管包括第二钢管、同轴套设于所述第二钢管中的第二GFRP管、填充 于第二钢管和第二GFRP管之间的隔热填料，以固定于缀管两端的封板;所述缀管两端开有 螺孔。
[0007] 优选的，所述柱状螺栓节点由两根钢管相贯焊接而成。
[0008] 优选的，以重量份数计，所述混凝土包括如下组分:水泥380-420，中砂500-700，玻 璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5。
[0009] 所述减水增效剂的结构式为：
[0011]式中，a:b:c = l:1.2:l，n为45 ~50，m 为45 ~50，d为 50 ~80。
[0012]本发明的工作原理和优点是:本发明的柱肢部分钢管、GFRP管和高强混凝土共同 承受竖向荷载，钢管在外部约束高强混凝土、GFRP管在内部挤压高强混凝土，使高强混凝土 处于三向受力状态，提高了高强混凝土的强度和变形能力。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的横截面图。
[0014]图2是本发明的立体图。
[0015]图3是缀管的结构示意图。
[0016] 图4是柱状螺栓节点的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1至图4所示，本发明的海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合粧腿主要由柱肢1、 缀管2和柱状螺栓节点4构成。
[0018] 具体地，柱肢由第一钢管101、第一 GFRP管102、GFRP隔板103和高强混凝土 104等部 分构成。第一钢管包裹在柱肢的最外层，第一GFRP管处于柱肢中心，于第一钢管同轴设置， GFRP管的内部被GFRP隔板支撑，在钢管和GFRP管之间浇筑填满高强混凝土。柱肢两端焊接 盖板3。
[0019] 如图3所示，缀管由第二钢管21、隔热填充料22、第二GFRP管23和封板25构成，缀管 的两端预留有螺孔24。第二钢管包裹在缀管的外层，GFRP管位于缀管中心，与钢管同轴设 置，二者之间填充隔热材料;封板为一圆形钢板，直径与缀管相同，与钢管焊接;在缀管梁端 预留有螺孔用于连接在柱状螺栓节点上。
[0020] 如图4所示，柱状螺栓节点由两根钢管相贯焊接41而成，管内径比缀管外径大 1.0mm，厚度应满足连接强度要求。柱状螺栓节点钢管上开有与缀管向匹配的螺孔42。
[0021]在承受竖向荷载时：柱肢部分钢管、GFRP管、高强混凝土共同承受竖向荷载。钢管 在外部约束高强混凝土、GFRP管在内部挤压高强混凝土，使高强混凝土处于三向受力状态， 提高了高强混凝土的强度和变形能力。GFRP隔板在内部支撑GFRP管。缀管在受力中一方面 对柱肢部分起支点作用，降低柱肢的计算长度;另一方面缀管承受格构柱受到的剪力作用。 柱状螺栓节点焊接在柱肢上，缀管穿在柱状螺栓节点内，通过螺栓穿过螺孔与柱状节点连 接。
[0022] GFRP弹性模量为70GPa，混凝土为20-30GPa，GFRP的弹性模量为混凝土的三倍。利 用GFRP管在柱肢和斜撑等受压构件中等刚度代替混凝土，可减小2/3的混凝土用量。而柱 肢、斜撑、节点等构件可完全在工厂预制。斜撑与柱肢采用新型节点，实现安装的全螺栓拼 接。
[0023]本发明的制作施工过程如下：
[0024]首先在工厂内预制柱肢:在加工场地上放样处钢管和GFRP管的位置，将钢管和已 经与隔板拼装好的GFRP管吊装就位后利用夹具固定。利用钢管和GFRP管为模板浇筑高强度 混凝土，待标准养护至高强度混凝土完全凝结后平放柱肢，在柱肢两端焊接端板。
[0025] 与此同时，制作缀管和柱状螺栓节点。
[0026] 在工厂内将柱状螺栓节点焊接在柱肢的指定位置。在施工现场，将柱肢吊装至指 定位置连接固定后，将缀管穿入柱状螺栓节点，利用螺栓进行可靠连接完成安装。
[0027] 对混凝土进行优化设计。以重量份数计，混凝土包括如下组分:水泥380-420，中砂 500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5。 [0028]其中，所述减水增效剂的结构式为：
[0030]式中，a:b:c = l:1.2:l，n为45 ~50，m 为45 ~50，d为 50 ~80。
[0031]实验 1-8
[0033] 注:对照组为采用普通减水剂的混凝土，其3d强度为130Mpa，28d强度为135Mpa。
[0034] 总之，本发明能以较小直径的柱肢取得较大的截面抗弯刚度，且柱肢以受轴压力 为主，充分发挥了钢管混凝土受压强度大的特性，因此可应用于荷载偏心率较大或长细比 较大的结构中；并且内部填充混凝土阻隔了海水与无防腐处理的钢管内壁接触，减少了腐 蚀面积，该结构形式是海洋平台粧腿的合理形式。
【主权项】
1. 一种海洋平台钢管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，包括柱肢、缀管和柱状螺 栓节点;所述柱肢为Ξ个及W上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓节点的端部 开有螺孔;所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固定;沿柱肢轴 线的方向，缀管呈折线状设置。2. 根据权利要求1所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述柱 肢包括第一钢管、同轴套设于所述第一钢管中的第一 GFRP管、位于第一 GFRP管内的隔板、填 充于第一钢管与第一 GFRP管之间的混凝±，W及焊接于柱肢两端的端板。3. 根据权利要求1所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述缀 管包括第二钢管、同轴套设于所述第二钢管中的第二GFRP管、填充于第二钢管和第二GFRP 管之间的隔热填料，W固定于缀管两端的封板;所述缀管两端开有螺孔。4. 根据权利要求1所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述柱 状螺栓节点由两根钢管相贯焊接而成。5. 根据权利要求2所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，W重量 份数计，所述混凝上包括如下组分：水泥380-420,中砂500-700,玻璃纤维15-25,水180- 200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5。6. 根据权利要求5所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝±混合粧腿，其特征在于，所述减 水增效剂的结构式为：式中，日:6:。= 1:1.2:1，11为45~50，111为45~50，(1为50~80。
【文档编号】E02B17/00GK106087926SQ201610392540
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610392540.8, CN 106087926 A, CN 106087926A, CN 201610392540, CN-A-106087926, CN106087926 A, CN106087926A, CN201610392540, CN201610392540.8
【发明人】伍凯, 曹平周, 张贺, 陈 峰, 章恒
【申请人】河海大学