[发明专利]金属管增强组合承载结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属管增强组合承载结构，尤其是，涉及金属管与增压填充液/气的组合承载结构，或者金属管与增压填充气体的组合承载结构，属于结构工程的新型组合结构技术领域，用于桥梁工程或建筑工程。

背景技术

在结构工程中，钢管混凝土构件作为一种组合结构，是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的组合结构构件。在钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。

在桥梁结构工程中，早在十九世纪八十年，代钢管混凝土就已经被人类设计应用。在国外，1939年建成的前苏联一跨河铁路拱桥，上、下弦杆均采用了钢管混凝土结构。1989年建的现位于美国西雅图的美国太平洋第一中心大厦，建筑层数44层，它的核心筒是由8根直径为2.3m的粗钢管，管内填充了圆柱体强度为124MPa的高强混凝土。在国内，二十世纪六十年代开始了这种结构的研究并首先用于首都地铁工程中。七十年代以后，在许多工业厂房、高炉和锅炉构架、以及输变电塔架中均得到了广泛应用。

然而，钢管混凝土却有一定的缺陷：由于钢管内部设有加劲板、横隔板等，灌注混凝土时不能保证其密实度，施工中经常出现空隙，需要进行大量的局部补灌工作。因此，钢管混凝土联合截面的受力往往不能达到理想的效果。假若钢管混凝土截面没有起到共同受力的特点，那么不密实区域的混凝土就成为了多余重量。

现有技术中，从来没有出现过以液体或气体取代传统“钢管+混凝土”组合结构的技术方案。在传统技术惯性思维和技术偏见的影响下，更不可能有人想到“金属管+增压填充液”的组合结构及其灌输液体的装置或“金属管+增压填充气体”的组合结构及其灌输气体的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属管增强组合承载结构，其以液体或气体取代了现有钢管混凝土组合结构中的混凝土，其用于灌液/气的装置可更换，可多次操作。

为此，本发明提供了一种金属管增强组合承载结构，其特征在于，包括金属管以及被注入至金属管内的液体或气体，金属管以及被注入其内的液体或气体组合在一起，组成共同承载的组合结构。

或者，本发明提供了一种金属管增强组合承载结构，其特征在于，以液体或气体取代传统“钢管+混凝土”组合结构中的混凝土。

优选地，金属管内被注入的液体或气体达5～11MPa(49～108个大气压)，优选6～10MPa(59～99个大气压)，更优选7～9MPa(69～89个大气压)。

优选地，钢管的壁厚不宜小于10mm。钢管的外直径与壁厚之比宜在40≤d/t≤80范围内选用。钢管初应力值不宜超过钢材标准强度的50％。

优选地，金属管的管壁上设有灌输装置(优选地设有包含活塞与预加压力弹簧的自密闭系统)；该灌输装置为可拆卸结构；该灌输装置与金属管连通器可拆卸地相连接。

优选地，金属管由耐候钢、不锈钢或铝合金制成。

优选地，金属管内被注入的液体具有如下特征中的至少其中之一：为通过加热去除了可溶性气体的水溶液；为通过蒸馏分离去除了腐蚀性介质的水溶液；为添加有防冻剂的水溶液。

优选地，金属管内被注入的气体具有如下特征中的至少其中之一：去除水蒸气；去除氧气等腐蚀性气体；以纯氮气为主；可添加与氮气比重相当的惰性气体。

优选地，金属管的两个端部设有防脱落端盖。

优选地，在金属管的远离该灌输装置的位置，设有排气口；该排气口设有可拆卸的密封塞。

根据本发明的“金属管+增压填充液”组合结构，金属管的材料优选高强度耐候钢、不锈钢或铝合金。

根据本发明，填充液进行前处理：水为基本溶液，通过加热处理，去除溶解于水中的氧气、二氧化碳等可溶性气体；通过蒸馏分离水中的氯离子等腐蚀性介质；添加防冻剂，如甲醇、乙醇、乙二醇其衍生物等，以降低水的凝结点。

灌液装置内的活塞与预加压力的弹簧组成一个自密闭系统，以防止增压填充液的泄露。

金属管+增压填充液组合结构优选通过可更换式灌液装置实现。

金属管连通器可在结构运营阶段对增压填充液进行液压调整作业。

本发明与现有技术相比，本发明至少具有如下预料不到的有益技术效果或经济效果是：

(1)相对于钢管混凝土结构，结构重量得到减轻。

(2)由于填充效果好，增压填充液对防止金属管屈曲的作用更为理想。