一种钢管混凝土拱肋的防脱粘成型方法
阅读说明：本技术 一种钢管混凝土拱肋的防脱粘成型方法 (Anti-debonding forming method for steel pipe concrete arch rib ) 是由 崔镇江 魏建东 王俊林 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：在架设拱肋时,沿拱肋的轴线在拱肋的钢管内设置多个扩张器。在拱肋内压注混凝土后,使扩张器扩张,在混凝土内产生一个增大的空间,增加拱肋段内的混凝土压强,并使钢管环向受到拉力,且一直维持到混凝土终凝后。再向扩张器内部灌注可凝固的浆液,使扩张器成为混凝土内可承载的部分,完成拱肋的成型施工。该方法可避免拱肋内混凝土与钢管壁间的脱空和脱粘,且增加的材料和费用低,操作简单高效。(When erecting the arch rib, a plurality of expanders are arranged in the steel pipe of the arch rib along the axis of the arch rib. After the concrete is injected into the arch rib, the expander is expanded to form an enlarged space in the concrete, so that the concrete pressure in the arch rib section is increased, the steel pipe is pulled in the annular direction, and the concrete is maintained until the final set of the concrete. And then, pouring settable slurry into the expander to enable the expander to become a part capable of bearing in concrete, and finishing the molding construction of the arch rib. The method can avoid the void and debonding between the concrete in the arch rib and the steel tube wall, and has the advantages of low material and cost, simple and efficient operation.)
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土拱肋的防脱粘成型方法。
背景技术
近些年，钢管混凝土在超高层建筑和大跨桥梁中得到广泛应用，其截面以圆形为主。钢管和混凝土相辅相成，一方面钢管类似箍筋，使得混凝土三向受压，抗压能力增强，另一方面，内填混凝土又解决了钢管潜在的失稳问题。
随着实际工程中钢管混凝土应用的增多，发现很多内部混凝土和钢管内壁存在空隙，空隙厚度大的称为脱空，间隙厚度很小的一般称为脱粘。钢管混凝土拱桥的拱肋暴露在野外，且采用泵送混凝土灌注，一般认为，按照相关的工艺标准进行施工，混凝土的内部即可达到饱满。但按常规方法施工的钢管混凝土拱桥，在施工或使用过程中，混凝土和钢管间的脱空不可避免。脱空的主要原因是混凝土在形成强度过程中的体积收缩，使用过程中温度作用下混凝土径向收缩，或钢管径向膨胀造成的二者脱离等。在建筑结构中，主要是这种界面脱离造成径向的脱粘。对于钢管混凝土拱桥，脱空和脱粘主要发生在拱顶段，因为拱顶段相对较平坦，且是整个拱肋的最高部位。脱空直接影响钢管和混凝土的共同作用，且多数设计规范目前尚未考虑脱空的影响。
如何避免钢管混凝土构件的脱空引起了关注。现行的方法主要是采用微膨胀混凝土、缓膨胀混凝土、以及在钢管内壁焊接防脱粘的连接件等。因较多的防脱粘连接件，会增加混凝土泵送的阻力，不能过多设置。目前主要靠混凝土的膨胀增强钢管对混凝土的紧箍力，从而防范脱粘。然而膨胀剂使混凝土的体积膨胀量有限，高温使钢管的膨胀作用更大，因此，混凝土和钢管的脱粘不可避免。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种钢管混凝土拱肋的防脱粘成型方法。
本发明采用的技术方案：架设拱肋钢管期间，在钢管内设置扩张器；钢管内压注满混凝土后，使扩张器扩张，在混凝土内产生一个增大的空间，增加拱肋钢管内的混凝土压强，并使钢管环向拉应力增大；维持扩张器的扩张，直到混凝土强度达到设定值。
优选地，所述设定值为混凝土设计强度的50％。
优选地，所述混凝土为微膨胀的自密实混凝土，强度等级至少为C60。
优选地，所述扩张器的内部空间在扩张器扩张过程中，或随后的施工步骤中，用聚氨酯浆液充满。
优选地，所述扩张器的内部空间在扩张器扩张过程中，或随后的施工步骤中，用环氧树脂或环氧砂浆充满。
优选地，所述扩张器的内部空间在扩张器扩张过程中，或随后的施工步骤中，用没有掺加粗集料的混凝土浆液充满。
优选地，所述扩张器为实心千斤顶。
优选地，所述扩张器为土工布袋；
优选地，所述扩张器只设置在拱肋顶部钢管内。
优选地，所述扩张器附近的钢管外表面安装有应变计，监测钢管圆周向的拉应力，以此限制扩张器的扩张程度。
扩张器的扩张可以抵消掉混凝土在成型过程中的收缩，避免形成脱空和脱粘，且钢管壁内的张力，也使二者更加牢固地粘结在一起。
本发明的有益效果为：通过在拱肋的钢管内预设扩张器，并在浇筑混凝土后使扩张器扩张，增大混凝土的压强，并使钢管环向受到拉力并环向扩张，维持到混凝土凝固并具有一定的强度，该方法可避免拱肋内混凝土与钢管壁间的脱空和脱粘。方法高效，增强了钢管混凝土的结合质量；所用千斤顶为定型产品，土工布袋容易得到，增加的材料少；该方法不改变原有施工进程，不增加工期；所增加部分的操作作业简单，无需特殊技术工人，便于推广。
附图说明
图1实施例1中拱肋钢管架设后的拱顶拱肋纵剖示意图；
图2实施例1中混凝土压注后的拱顶拱肋纵剖示意图；
图3实施例1中布袋内压浆后的拱顶拱肋纵剖示意图；
图4实施例2中拱肋钢管架设后的拱顶拱肋纵剖示意图；
图5实施例2中混凝土压注后的拱顶拱肋纵剖示意图；
图6实施例2中千斤顶伸长后的拱顶拱肋纵剖示意图。
图中：1-钢管，2-混凝土，3-拱肋排气管，4-千斤顶，6-应变计，7-进油管，8-定位绳，9-进浆管，10-土工布袋，11-浆液，12-泵送管。
具体实施方式
实施例1
本实施例中采用土工布袋作为扩张器。以某钢管混凝土拱桥中的一根拱肋的成型为例。该拱肋的钢管外径为1200mm，壁厚20mm。混凝土采用微膨胀的自密实混凝土，强度等级为C80，初凝时间6小时，终凝时间为10小时。为提高成型后钢管与内部混凝土间的抗脱粘能力，采用以下施工方案：
在架设拱肋钢管节段前，在对应拱高1/4处、1/2处、3/4处、拱顶，共计五处的钢管段内，设置土工布袋10，其中拱顶处的如图1所示。定位绳8采用细钢丝绳，两端系在钢管1的上侧和下侧内壁上，处于绷紧状态。土工布袋10的上下两端系在定位绳8上。进浆管9为耐高压管，一端伸入土工布袋10内，一端伸出钢管1的上部外表面，下端与土工布袋10绑扎紧密，上端穿过钢管1的通孔处用环氧树脂胶密封。土工布袋10附近有拱肋排气管3和泵送管12，泵送管12与从混凝土泵伸出的压送混凝土的管子相连。在土工布袋10上方的钢管1的外表面，安装有应变计6，监测钢管1圆周向的拉应力。
按常规的方法，拱肋两侧对称地从低到高，依次通过泵送管12向钢管1内压注混凝土2，及时关闭有混凝土2流出的拱肋排气管3。如此一直作业到拱顶，在三个小时内完成该拱肋混凝土2的压注，见图2。
混凝土2压注完成后，立即转入土工布袋10的灌注作业。确保在该作业开始前，与钢管1相连的各管子等关闭，拱肋处于密闭状态。同时向各个土工布袋10内压注混凝土2中筛除粗集料后的混凝土浆液。筛除作业采用振动筛。该混凝土浆液压注的的压强从低到高增加，同时监测应变计6，在钢管1圆周向的拉应力接近150MPa时停止继续加压，暂时关闭进浆管9，见图3。在浆液11没有失去流动性前，为维持压力阶段。在此阶段，若钢管1圆周向的拉应力有较大下降，补压。
实施例2
本实施例采用千斤顶作为扩张器。以某钢管混凝土拱桥中的一根拱肋的成型为例。该拱肋的钢管外径为1200mm，壁厚20mm。混凝土采用微膨胀的自密实混凝土，强度等级为C80，初凝时间6小时，终凝时间为10小时。为提高成型后钢管与内部混凝土间的抗脱粘能力，采用以下施工方案：
考虑到混凝土2与钢管1的脱空或脱粘一般发生在拱顶部位，架设拱肋钢管节段前，只在对应拱顶处的钢管段内，设置千斤顶4，如图4所示。千斤顶4用细钢丝绳悬挂在钢管1内，处于水平状态。千斤顶4为实心的，有一个进油管7。千斤顶4缸体的内径为400mm。初始状态，千斤顶4的顶伸杆完全回缩，顶伸杆的最大伸长量为600mm。进油管7穿过钢管1的通孔处用环氧树脂胶密封。千斤顶4附近有拱肋排气管3和泵送管12，泵送管12与从混凝土泵伸出的压送混凝土的管子相连。在千斤顶4上方的钢管1的外表面，安装有应变计6，监测钢管1圆周向的拉应力。
按常规的方法，拱肋两侧对称地从低到高，依次通过泵送管12向钢管1内压注混凝土2，及时关闭有混凝土2流出的拱肋排气管3。如此一直作业到拱顶，在三个小时内完成该拱肋混凝土2的压注，见图5。
混凝土2压注完成后，立即转入千斤顶4的扩张作业。确保在该作业开始前，与钢管1相连的各管子等关闭，拱肋处于密闭状态。千斤顶4的顶伸杆缓慢伸长，速度不超过每分钟1cm。同时监测应变计6，在钢管1圆周向的拉应力接近150MPa时关闭千斤顶4的进油管7，见图6。继续监测应变计6，若应变值下降超过10％，打开进油管7，如前所述继续向千斤顶4送油。使钢管1圆周向的拉应力维持在150MPa，使混凝土2一直处于高的压强下凝固成型，一直到凝土2强度达到设计值的50％。
随后，在钢管1外剪断进油管7，并用细管穿过进油管7伸入千斤顶4的油缸底部，吸出液压油。并冲洗千斤顶4的油缸。另用一根细管穿过进油管7伸入千斤顶4的油缸，注入双组份的环氧树脂胶液，直至灌满，有液体从进油管7顶端流出。
至此，按本发明的方案，完成了该拱肋的成型施工。
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