专利名称：大口径斜向应力高强度输水管及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大口径斜向应力高强度输水管及其制备工艺。
背景技术：
目前用传统工艺生产的预应力混凝土输水管，因受工艺、制备条件的限制不能生产内径超过3米的耐高压输水管道。引进国外技术生产的PCCP预应力钢筒输水管，受工艺、制备条件的限制只能生产内径4米的管道，因管口采用承插式接口方式达不到全封闭标准会造成接口漏水，且深埋会出现轴向裂缝，还因造价特别高不适合大流量、大规模、大区域的调水工程的使用。本专利申请人(原衡水泰昌预应力有限公司现变更为衡水长江预应力有限公司)于2001年4月13日申请“一种大口径预应力混凝土管及其制备工艺”已获得专利权，专利号01110638.7。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可承受内外荷载产生的拉应力，保证向心应力管体不出现拉应力作用下的开裂，有效提高抗剪、抗弯的性能的一种大口径斜向应力高强度输水管。
本发明采用如下技术方案本发明包括混凝土管体及设置在管体内的由纵筋和环筋制成的筒形骨架，其特征在于所述的筒形骨架由里层骨架、中层骨架和外层骨架构成，在里层骨架和中层骨架上分别均匀固定有和骨架中轴线呈纵向扭旋状设置且扭旋方向相反的斜向筒管，斜向筒管内设置有在管体两端由锚具固定的经张拉产生了预应力的钢绞线，在外层骨架两侧呈均匀排列相间绕置有圆弧状筒管，圆弧状筒管内设置有由管体两侧的锚具锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线。
本发明在外层骨架两侧对称交叉绕置有圆弧状筒管，圆弧状筒管内设置有由管体两侧的锚具锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线。
本发明所述的斜向筒管可呈均匀排列固定设置在里层骨架的内侧或外侧，也可呈均匀内外交叉间隔排列固定设置在里层骨架的内外侧。
本发明所述的斜向筒管可呈均匀排列固定设置在中层骨架的内侧或外侧，也可呈均匀内外交叉间隔排列固定设置在中层骨架的内外侧。
本发明所述的圆弧状筒管可呈均匀排列固定设置在外层骨架的内侧或外侧，也可呈均匀交叉间隔排列固定设置在外层骨架的内外侧。
本发明在管体上均匀设置有4-24个连接孔，连接孔内设置有用于管体间连接的钢绞线。
本发明所述的管体的一端为凸状插口，管体的另一端为凹状承口，插口和承口内分别设置有带有密封环的凹形环槽。所述的管体的内径为3-7米。
本发明斜向应力高强度输水管制备工艺采用如下步骤本发明管体采用立式制作成型工艺第一步 管体承口圆形平台的制作用大型机床加工管体承口模板，将承口模板固定在圆形平台上，将管体承口平台分段布置在开槽后打好的地基垫层上；第二步 支架内模板把管体内模板固定在圆形平台上；第三步 骨架制作利用非预应力的钢筋作为纵筋和环筋分别制作成里、中、外三层筒型骨架；第四步 固定筒管(波纹管)把里层骨架套在内模板上，均匀分布斜向筒管；把中层骨架套在里层骨架的外面，均匀分布斜向筒管；把外层骨架套在中层骨架的外面在外层骨架上均匀分布圆弧状筒管，将预应力钢绞线分别穿入斜向、圆弧状筒管中；将穿有斜向预应力钢绞线的筒管分别均匀地固定于里层和中层筒形骨架上；将穿有圆弧状预应力钢绞线的筒管(由波纹管或塑料管构成)均匀固定于外层圆筒形骨架上，其两端分别固定于管体两侧的锚孔中；将三层骨架套在一起，并使直径最小的骨架一端突出，使其形成管芯插口骨架，即管体的一端为插口，管体的另一端为承口。
第五步 支架外模板把管体外模板固定在管体承口平台上面；第六步 混凝土浇筑将搅拌好的混凝土浇筑于管体模具中；第七步 震捣成型按顺序震捣成型，将混凝土按工艺技术要求震捣成型；第八步 张拉钢绞线并用锚具锚固当浇筑于管体模具中的混凝土的凝固强度达到其标准的70％时，将穿入斜向和环向波纹管内的两端套入锚具孔中的钢绞线，按工艺要求张拉使之产生向心应力或纵向预应力；第九步 灌浆凝固当张拉钢绞线产生的力值达到要求后，用高标号水泥注入筒管内凝固；第十步 拆模养护当注入波纹管内的高标号水泥强度达到95％时，拆掉模板并养护；第十一步 移位吊装把养好的管体进行移位吊装；第十二步 管体连接用管体间连接孔中的钢绞线将管体连接起来；第十三步 锚固灌浆把连接管体的钢绞线张拉锚固后再将连接孔内注入高标号水泥。
本发明的积极效果如下本发明可按工况要求优化管体结构。采用“环型网状结构”的新模式，在承受外荷载前先对混凝土管壁预加压力，使整体结构形成“向心应力状态”，从而可以抵消由于“内外荷载”产生的全部或部分拉应力，保证向心应力管体不出现拉应力和拉应力作用下的开裂。采用预应力“纵向连接”的新技术，结合“柔性基础理论”，利用“承座隔震装置”在管道的施工过程中，接工况要求把相邻的管体连成达百米的“超长管体”，增强了抗剪、抗弯的性能，具备了整体抗位移、抗震的条件。
附图1为本发明结构示意图附图2为本发明附图1A-A处和管体中轴线垂直的横截面剖视图附图3为本发明管体侧壁局部剖视图附图4为本发明附图1的B部放大图附图5为本发明圆弧状筒管呈交叉设置示意图附图6为本发明附图5A-A处和管体中轴线垂直的横截面剖视图附图7为本发明管体端面外观图在附图中1管体、2纵筋、3环筋、4外层骨架、5中层骨架、6里层骨架、7斜向筒管、8斜向筒管、9圆弧状筒管、10钢绞线、11连接孔、12凹形槽、13承口、14插口。
具体实施例方式
如附图1、2所示，本发明包括混凝土管体1及设置在管体1内的由纵筋2和环筋3制成的里层骨架6、中层骨架5和外层骨架4，在里层骨架6和中层骨架5上分别固定有和骨架中轴线呈扭旋状设置且扭旋方向相反的斜向筒管7、8，斜向筒管7、8内设置有在管体1上由锚具固定的经张拉产生了预应力的钢绞线10，在外层骨架4两侧呈均匀排列相间绕置有圆弧状筒管9，圆弧状筒管9内设置有由管体两侧的锚具锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线10。
如附图5、6所示，本发明在外层骨架4两侧对称交叉绕置有圆弧状筒管9，圆弧状筒管9内设置有由管体两侧的锚具锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线10。
本发明所述的斜向筒管7可呈均匀排列固定设置在里层骨架6的内侧或外侧，也可呈均匀内外交叉间隔排列固定设置在里层骨架6的内外侧。如附图1、2所示，斜向筒管7呈均匀排列固定设置在里层骨架6的外侧。
本发明所述的斜向筒管8可呈均匀排列固定设置在中层骨架5的内侧或外侧，也可呈均匀内外交叉间隔排列固定设置在中层骨架5的内外侧。如附图1、2所示，斜向筒管8呈均匀排列固定设置在中层骨架5的外侧。
本发明所述的圆弧状筒管9可呈均匀排列固定设置在外层骨架4的内侧或外侧，也可呈均匀交叉间隔排列固定设置在外层骨架4的内外侧。如附图1、5所示，圆弧状筒管9呈相互间平行或交叉排列固定设置在外层骨架4的外侧。
如附图1、7所示，本发明在管体1上均匀设置有4-24个连接孔11，连接孔11内设置有用于管体间连接的钢绞线。附图7所示，管体上下两侧对称各设置有3个连接孔11，对应在管体1内左右两侧对称各设置有3个连接孔11。两个管体连接时，将一个管体的插口14插入另一个管体的承口13内，一个管体的斜向钢绞线与另一个管的斜向钢绞线连接；并将两个管段的纵向非预应力筋即纵筋2连接；两个管体上的连接孔11用钢绞线穿入，连接起来，设置在承口13和插口14内的两个凹形环槽12内的密封环起到较好的密封作用。
本发明所述的钢绞线是由多根钢丝合股相绞而成的钢绞线，所述的筒管为金属波纹管或内部灌有润滑油的塑料管。钢绞线彩用Φ13或Φ15系列。所述的波纹管是厚度为0.38mm、宽度为35mm的钢带用卷管机卷制而成。
本发明采用如下制备工艺以制备内径为5000mm、壁厚为300mm、长度为8000mm的混凝土输水管为例本发明管体采用立式制作成型工艺第一步 管体承口圆形平台的制作用大型机床加工管体承口模板，将承口模板固定在圆形平台上，将管体承口平台分段布置在开槽后打好的地基垫层上；第二步 支架内模板把管体内模板固定在圆形平台上；第三步 骨架制作利用非预应力的钢筋作为纵筋2和环筋3分别制作成里、中、外三层筒型骨架；第四步 固定筒管(波纹管)把里层骨架6套在内模板上，均匀分布斜向筒管7；把中层骨架5套在里层骨架6的外面，均匀分布斜向筒管8；把外层骨架4套在中层骨架5的外面在外层骨架4上均匀分布圆弧状筒管9，将预应力钢绞线分别穿入斜向、圆弧状筒管中；将穿有斜向预应力钢绞线的筒管7、8分别均匀地固定于里层和中层筒形骨架6、5上；将穿有圆弧状预应力钢绞线的筒管9(由波纹管或塑料管构成)均匀固定于外层圆筒形骨架4上，其两端分别固定于管体两侧的锚孔中；将三层骨架套在一起，并使直径最小的骨架一端突出，使其形成管芯插口骨架，即管体的一端为插口14，管体的另一端为承口13。
第五步 支架外模板把管体外模板固定在管体承口平台上面；第六步 混凝土浇筑将搅拌好的混凝土浇筑于管体模具中；第七步 震捣成型按顺序震捣成型，将混凝土按工艺技术要求震捣成型；第八步 张拉钢绞线并用锚具锚固当浇筑于管体模具中的混凝土的凝固强度达到其标准的70％时，将穿入斜向和环向波纹管内的两端套入锚具孔中的钢绞线，按工艺要求张拉使之产生向心应力或纵向预应力；第九步 灌浆凝固当张拉钢绞线产生的力值达到要求后，用高标号水泥注入筒管内凝固；第十步 拆模养护当注入波纹管内的高标号水泥强度达到95％时，拆掉模板并养护；第十一步 移位吊装把养好的管体进行移位吊装；第十二步 管体连接用管体间连接孔11中的钢绞线将管体连接起来；第十三步 锚固灌浆把连接管体的钢绞线张拉锚固后再将连接孔11内注入高标号水泥。
权利要求
1.一种大口径斜向应力高强度输水管，包括混凝土管体(1)及设置在管体(1)内的由纵筋(2)和环筋(3)制成的筒形骨架，其特征在于所述的筒形骨架由里层骨架(6)、中层骨架(5)和外层骨架(4)构成，在里层骨架(6)和中层骨架(5)上分别均匀固定有和骨架中轴线呈纵向扭旋状设置且扭旋方向相反的斜向筒管(7)、(8)，斜向筒管(7)、(8)内设置有在管体(1)两端由锚具固定的经张拉产生了预应力的钢绞线(10)，在外层骨架(4)两侧呈均匀排列相间绕置有圆弧状筒管(9)，圆弧状筒管(9)内设置有由管体两侧的锚具(15)锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线(10)。
2.根据权利要求1所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于在外层骨架(4)两侧对称交叉绕置有圆弧状筒管(9)，圆弧状筒管(9)内设置有由管体两侧的锚具(15)锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线(10)。
3.根据权利要求1或2所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于所述的斜向筒管(7)可呈均匀排列固定设置在里层骨架(6)的内侧或外侧，也可呈均匀内外交叉间隔排列固定设置在里层骨架(6)的内外侧。
4.根据权利要求1或2或所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于所述的斜向筒管(8)可呈均匀排列固定设置在中层骨架(5)的内侧或外侧，也可呈均匀内外交叉间隔排列固定设置在中层骨架(5)的内外侧。
5.根据权利要求1或2所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于所述的圆弧状筒管(9)可呈均匀排列固定设置在外层骨架(4)的内侧或外侧，也可呈均匀交叉间隔排列固定设置在外层骨架(4)的内外侧。
6.根据权利要求1或2所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于在管体(1)上均匀设置有4-24个连接孔(11)，连接孔(11)内设置有用于管体间连接的钢绞线。
7.根据权利要求1或2所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于所述的管体(1)的一端为凸状插口(14)，管体(1)的另一端为凹状承口，插口(14)和承口(13)内分别设置有带有密封环的凹形环槽(12)。
8.根据权利要求1或2所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于所述的管体(1)的内径为3-7米。
9.根据权利要求3所述的一种大口径斜向应力高强度输水管，其特征在于所述的管体(1)的内径为3-7米。
10.根据权利要求1所述的一种大口径斜向应力高强度输水管制备工艺，其特征在于管体采用立式制作成型工艺第一步 管体承口圆形平台的制作用大型机床加工管体承口模板，将承口模板固定在圆形平台上，将管体承口平台分段布置在开槽后打好的地基垫层上；第二步 支架内模板把管体内模板固定在圆形平台上；第三步 骨架制作利用非预应力的钢筋作为纵筋(2)和环筋(3)分别制作成里、中、外三层筒型骨架；第四步 固定筒管(波纹管)把里层骨架(6)套在内模板上，均匀分布斜向筒管(7)；把中层骨架(5)套在里层骨架(6)的外面，均匀分布斜向筒管(8)；把外层骨架(4)套在中层骨架(5)的外面在外层骨架(4)上均匀分布圆弧状筒管(9)，将预应力钢绞线分别穿入斜向、圆弧状筒管中；将穿有斜向预应力钢绞线的筒管(7)、(8)分别均匀地固定于里层和中层筒形骨架(6)、(5)上；将穿有圆弧状预应力钢绞线的筒管(9)(由波纹管或塑料管构成)均匀固定于外层圆筒形骨架(4)上，其两端分别固定于管体两侧的锚孔中；将三层骨架套在一起，并使直径最小的骨架一端突出，使其形成管芯插口骨架，即管体的一端为插口(14)，管体的另一端为承口(13)。第五步 支架外模板把管体外模板固定在管体承口平台上面；第六步 混凝土浇筑将搅拌好的混凝土浇筑于管体模具中；第七步 震捣成型按顺序震捣成型，将混凝土按工艺技术要求震捣成型；第八步 张拉钢绞线并用锚具锚固当浇筑于管体模具中的混凝土的凝固强度达到其标准的70％时，将穿入斜向和环向波纹管内的两端套入锚具孔中的钢绞线，按工艺要求张拉使之产生向心应力或纵向预应力；第九步 灌浆凝固当张拉钢绞线产生的力值达到要求后，用高标号水泥注入筒管内凝固；第十步 拆模养护当注入波纹管内的高标号水泥强度达到95％时，拆掉模板并养护；第十一步 移位吊装把养好的管体进行移位吊装；第十二步 管体连接用管体间连接孔(11)中的钢绞线将管体连接起来；第十三步 锚固灌浆把连接管体的钢绞线张拉锚固后再将连接孔(11)内注入高标号水泥。
全文摘要
本发明涉及一种大口径斜向应力高强度输水管及其制备工艺，所述的管体内设置有由纵筋和环筋制成的三层骨架，里层骨架和中层骨架上分别均匀固定有斜向筒管，斜向筒管内设置有在管体两端由锚具固定的经张拉产生了预应力的钢绞线，外层骨架上绕置有圆弧状筒管，圆弧状筒管内设置有由管体两侧的锚具锚固的经张拉产生了预应力的钢绞线，本发明所述的制备工艺采用立式成型工艺，其包括承口圆形平台的制作、三层骨架及骨架上筒管的安装、钢绞线的锚固以及混凝土的灌注，本发明可承受内外荷载产生的拉应力，保证向心应力管体不出现拉应力作用下的开裂，有效提高抗剪、抗弯的性能。
文档编号B28B21/60GK1648505SQ20051001233
公开日2005年8月3日 申请日期2005年1月28日 优先权日2005年1月28日
发明者张楸长, 孙忠连, 张双久 申请人:衡水长江预应力有限公司