一种波纹钢管型结构的制作方法

本实用新型管涵施工技术领域，尤其是涉及一种波纹钢管型结构。

背景技术：

管涵是洞身构造型式为圆管的涵洞，洞身部分包括圆管、基座、防水层等，目前所采用的圆管通常均为钢筋混凝土管。其中，管廊为一种特殊的管涵。波纹钢结构管涵中，圆管为整体波纹钢管(管径＜3m)或由多块波纹钢板拼装成型的圆管，且该圆管为波纹钢管型结构，与传统砼结构现浇管涵相比具有以下优点：第一、施工效率高：预先在工厂加工且现场拼装成型，施工速度快，施工周期可节约30％以上；第二、造价低：波纹钢结构为钢质薄壳，其结构简单，工程造价较低；第三、适应性强：钢筋混凝土结构在地基产生不均匀沉降变形时，容易产生裂缝等病害；而波纹钢结构具有适应地基与基础变形的能力，避免因地基基础不均匀沉降导致的结构破坏问题；第四、标准环保：波纹钢结构采用工厂标准化设计、生产，结构简单，质量易控，并且波纹钢结构减少了水泥、碎石、砂等自然材料的用量，保护了环境，低碳环保；第五、由于波纹的存在，增加了管涵结构的截面刚度。目前，波纹钢管型结构因截面刚度大、工厂化加工成型且现场拼装简便、造价低、适应性强、标准环保等优势，已广泛应用于市政工程和公路工程中。

实际使用过程中，管涵中所采用的波纹钢管型结构通常由多个波纹钢管纵向拼接而成，对波纹钢管型结构进行纵向拼接时，主要有以下两种方法：第一种为焊接，第二种为法兰与螺栓连接。上述第一种方法施工速度慢且所耗费的人力成本较高；上述第二种方法虽施工较快，但没有充分发挥波纹钢管的结构特点和优势，在纵向连接部位容易出现损伤和渗漏现象，并且，现有波纹钢管型结构的耐久性和受力性能均较差，尤其是长距离的大管径拼接式管涵，整体性较差且受力性能不佳，不可避免会出现诸多受损部位，后期维修工作量大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种波纹钢管型结构，其结构简单、设计合理且拼接简便、使用效果好，采用预应力加固构造对拼接式钢管进行整体加固，能有效提高拼接式钢管的整体性和受力性能；前后相邻两个波纹钢管之间采用法兰进行连接，现场拼接方便且拼接效率高，并且法兰的两个法兰盘之间垫装有环形止水带，能有效提高拼接式钢管的防水性能，采用法兰中两个法兰盘对环形止水带进行纵向加压的同时，通过同步张拉预应力加固构造中的多道水平预应力筋对相邻两个波纹钢管之间的连接处进行整体加压，从而进一步提高拼接式钢管的防水和抗渗漏效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种波纹钢管型结构，其特征在于：包括由多个波纹钢管拼接而成的拼接式钢管和布设于所述拼接式钢管外侧的预应力加固构造，所述拼接式钢管呈水平布设，多个所述波纹钢管沿所述拼接式钢管的纵向长度方向由后向前布设在同一直线上；每个所述波纹钢管均呈水平布设且其横截面均为圆形，多个所述波纹钢管的管径均相同；

每个所述波纹钢管的前后两端均设置有一个法兰盘，所述法兰盘为圆环形且其与所述拼接式钢管呈同轴布设，所述法兰盘呈竖直向布设；所述拼接式钢管中位于最后侧的一个所述波纹钢管为后端钢管，所述拼接式钢管中位于最前侧的一个所述波纹钢管为前端钢管；所述后端钢管后端所设置的法兰盘为后端法兰盘，所述前端钢管前端所设置的法兰盘为前端法兰盘；

所述拼接式钢管中前后相邻两个所述波纹钢管之间均通过一个法兰进行连接；每个所述法兰包括前后两个所述法兰盘和多个沿圆周方向布设的连接螺栓，两个所述法兰盘通过多个所述连接螺栓紧固连接为一体，两个所述法兰盘上均开有多个供连接螺栓安装的螺栓安装孔，多个所述连接螺栓均呈水平布设且其均沿所述拼接式钢管的纵向长度方向布设；每个所述法兰的两个所述法兰盘之间均垫装有环形止水带，所述环形止水带为圆环形且其与所述拼接式钢管呈同轴布设；

所述预应力加固构造包括左右两个对称布设的预应力筋组，每个所述预应力筋组均包括n道由上至下布设于所述拼接式钢管外侧的水平预应力筋，n道所述水平预应力筋均呈水平布设且其均沿所述拼接式钢管的纵向长度方向布设；每道所述水平预应力筋的前后两端均安装一个锚具，两个所述锚具分别为安装于水平预应力筋前端的前锚具和安装于水平预应力筋后端的后锚具；每个所述前锚具均位于所述前端法兰盘前侧，每个所述后锚具均位于所述后端法兰盘后侧；其中，n为正整数且n的取值范围为2～5；所述预应力加固构造中的2n道所述水平预应力筋沿圆周方向布设；

所述拼接式钢管中每个所述法兰盘上均开有2n个供水平预应力筋穿过的通孔，所述通孔为圆孔且其为对水平预应力筋进行导向的导向孔。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：每个所述波纹钢管与其前后两端所设置法兰盘之间的连接处均设置有环形加劲肋，所述环形加劲肋为圆形钢环。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：所述环形止水带为橡胶止水带。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：每道所述水平预应力筋的后端均为锚固端且其前端均为张拉端，所述水平预应力筋为钢绞线。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：每道所述水平预应力筋的外侧均同轴套装有保护套管，所述保护套管为塑料套管且其横截面为圆形；所述通孔的孔径大于所述保护套管的外径。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：每个所述波纹钢管的前后两端均为所述拼接式钢管的一个波谷，每个所述波纹钢管的前后两端呈对称布设；前后相邻两个所述波纹钢管包括后侧钢管和位于所述后侧钢管前侧且与所述后侧钢管连接的前侧钢管，多个所述波纹钢管连接成一个拼接式波纹钢管，前后相邻两个所述波纹钢管之间的连接处均为所述拼接式波纹钢管的一个波谷所处位置。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：所述波纹钢管的内径为d，其中d的取值范围为φ30m～φ80m；所述波纹钢管的波高其中d为波纹钢管的外径，h的取值范围为50mm～150mm；所述波纹钢管的波距为λ，λ的取值范围为100mm～480mm。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：所述波纹钢管的展开片材为一块矩形波纹钢板，所述矩形波纹钢板的板厚为4mm～10mm。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：所述波纹钢管的纵向长度为3m～8m。

上述一种波纹钢管型结构，其特征是：所述预应力加固构造中的2n道所述水平预应力筋呈均匀布设。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工简便且投入成本较低。

2、前后相邻两个波纹钢管之间通过法兰进行简便、快速且可靠连接，拼接简便，现场施工效率高、拼接速度快、可操作性且施工工期短。

3、使用效果好且实用价值高，采用预应力加固构造对拼接式钢管进行整体加固，水平预应力筋通过法兰贯穿整个拼接式钢管且其两端通过锚具固定于拼接式钢管两端；前后相邻两个波纹钢管之间设置环形止水带，通过两个法兰盘对环形止水带进行限位与固定，同时通过同步张拉拼接式钢管外侧的2n道水平预应力筋，通过施加纵向预应力的方法提高拼接式钢管的纵向整体性，加强拼接式钢管中前后相邻两个波纹钢管之间连接部位的刚度、连接性能和防渗性能，从而能有效提高拼接式钢管的地下防水性能。采用两个法兰盘对环形止水带进行夹装并结合连接螺栓对环形止水带施加纵向压力的同时，通过波纹钢的弹簧性能自适应调整法兰连接处的压力，从而使拼装式钢管的防水性能更好。另外，在拼接式钢管外侧设置的2n道水平预应力筋形成体外预应力构造，在2n道水平预应力筋进行纵向加压的作用下，更有利于充分利用波纹钢管的弹簧特征，充分提高拼接式钢管自身的结构刚度和整体性，更有利于拼接式波纹钢管充分发挥自身性能。并且，通过预应力加固构造对拼接式波纹钢管纵向压应力，使得拼接式波纹钢管处于压缩状态，从而能充分发挥波纹钢管的纵向弹簧性能，达到加强连接处密封效果的作用且能有效提高拼接式波纹钢管的纵向刚度。由上述内容可知，拼接式钢管中采用法兰进行纵向与全断面加压的同时，通过预应力加固构造进行纵向全面加压，使埋置于地下的拼接式波纹钢管处于三向受压状态，大大提高波纹钢管型结构的刚度降低环向变形，充分利用波纹钢管型结构的纵向弹簧性能，既充分发挥波纹钢的优势，又能提高结构的整体刚度和整体性，使拼接式波纹钢管更适宜整体受力

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且拼接简便、使用效果好，采用预应力加固构造对拼接式钢管进行整体加固，能有效提高拼接式钢管的整体性和受力性能；前后相邻两个波纹钢管之间采用法兰进行连接，现场拼接方便且拼接效率高，并且法兰的两个法兰盘之间垫装有环形止水带，能有效提高拼接式钢管的防水性能，采用法兰中两个法兰盘对环形止水带进行纵向加压的同时，通过同步张拉预应力加固构造中的多道水平预应力筋对相邻两个波纹钢管之间的连接处进行整体加压，从而进一步提高拼接式钢管的防水和抗渗漏效果。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的平面展开结构示意图。

图2为本实用新型后端法兰盘与锚具的结构示意图。

图3为本实用新型前后相邻两个波纹钢管之间水平预应力筋的布设位置示意图。

图4为本实用新型前后相邻两个波纹钢管之间连接螺栓与环形止水带的布设位置示意图。

图5为本实用新型后端连接段后端的结构示意图。

图6为本实用新型环形加劲肋的布设位置示意图。

图7为图1中a处的局部放大示意图。

图8为本实用新型前后相邻两个波纹钢管之间连接处的法兰盘结构示意图。

附图标记说明:

1—波纹钢管；2—法兰；2-1—法兰盘；

2-2—连接螺栓；3—环形止水带；4—水平预应力筋；

5—锚具；6—环形加劲肋。7—预应力孔道。

具体实施方式

如图1、图2、图7及图8所示，本实用新型包括由多个波纹钢管1拼接而成的拼接式钢管和布设于所述拼接式钢管外侧的预应力加固构造，所述拼接式钢管呈水平布设，多个所述波纹钢管1沿所述拼接式钢管的纵向长度方向由后向前布设在同一直线上；每个所述波纹钢管1均呈水平布设且其横截面均为圆形，多个所述波纹钢管1的管径均相同；

结合图3、图4和图5，每个所述波纹钢管1的前后两端均设置有一个法兰盘2-1，所述法兰盘2-1为圆环形且其与所述拼接式钢管呈同轴布设，所述法兰盘2-1呈竖直向布设；所述拼接式钢管中位于最后侧的一个所述波纹钢管1为后端钢管，所述拼接式钢管中位于最前侧的一个所述波纹钢管1为前端钢管；所述后端钢管后端所设置的法兰盘2-1为后端法兰盘，所述前端钢管前端所设置的法兰盘2-1为前端法兰盘；

所述拼接式钢管中前后相邻两个所述波纹钢管1之间均通过一个法兰2进行连接；每个所述法兰2包括前后两个所述法兰盘2-1和多个沿圆周方向布设的连接螺栓2-2，两个所述法兰盘2-1通过多个所述连接螺栓2-2紧固连接为一体，两个所述法兰盘2-1上均开有多个供连接螺栓2-2安装的螺栓安装孔，多个所述连接螺栓2-2均呈水平布设且其均沿所述拼接式钢管的纵向长度方向布设；每个所述法兰2的两个所述法兰盘2-1之间均垫装有环形止水带3，所述环形止水带3为圆环形且其与所述拼接式钢管呈同轴布设；

所述预应力加固构造包括左右两个对称布设的预应力筋组，每个所述预应力筋组均包括n道由上至下布设于所述拼接式钢管外侧的水平预应力筋4，n道所述水平预应力筋4均呈水平布设且其均沿所述拼接式钢管的纵向长度方向布设；每道所述水平预应力筋4的前后两端均安装一个锚具5，两个所述锚具5分别为安装于水平预应力筋4前端的前锚具和安装于水平预应力筋4后端的后锚具；每个所述前锚具均位于所述前端法兰盘前侧，每个所述后锚具均位于所述后端法兰盘后侧；其中，n为正整数且n的取值范围为2～5；所述预应力加固构造中的2n道所述水平预应力筋4沿圆周方向布设；

所述拼接式钢管中每个所述法兰盘2-1上均开有2n个供水平预应力筋4穿过的通孔，所述通孔为圆孔且其为对水平预应力筋4进行导向的导向孔。所述导向孔为法兰盘2-1开设的预应力孔道7。

本实施例中，所述波纹钢管1为镀锌钢管，所述法兰盘2-1为圆环形钢板，所述圆环形钢板为镀锌钢板。

本实施例中，每个所述波纹钢管1与其前后两端所设置的法兰盘2-1焊接固定为一体。

实际加工时，每个所述波纹钢管1与其前后两端所设置的法兰盘2-1也可以加工制作为一体。所述波纹钢管1为一个整体式钢管或由多块矩形波纹钢板拼接成型的拼装式钢管。

如图6和图7所示，为进一步提高所述拼接式钢管的刚度和整体性，每个所述波纹钢管1与其前后两端所设置法兰盘2-1之间的连接处均设置有环形加劲肋6，所述环形加劲肋6为圆形钢环，所述圆形钢环焊接固定在波纹钢管1与法兰盘2-1之间的连接处，并且所述圆形钢环套箍在波纹钢管1上。

所述环形加劲肋6的外径小于波纹钢管1的外径，所述环形加劲肋6的一个侧壁为竖直向侧壁且其固定在法兰盘2-1上，所述环形加劲肋6的另一个侧壁为支撑于所述拼接式钢管的外侧壁上，且环形加劲肋6的另一个侧壁与其所支撑位置处所述拼接式钢管的外侧壁紧贴。所述环形加劲肋6另一个侧壁的形状和尺寸均与其所支撑位置处所述拼接式钢管外侧壁的横截面形状和尺寸相同。

实际拼接过程中，对水平预应力筋4的后端进行固定且对其前端进行张拉时，均通过锚具5和法兰盘向所述拼接式钢管施加斜向内的作用下，该作用力容易引起前后相邻两个所述波纹钢管1之间的连接处发生变形、损坏等，但通过环形加劲肋6对波纹钢管1与法兰盘2-1之间的连接处进行整体、有效加固，能有效增大前后相邻两个所述波纹钢管1之间连接处的整体刚度和抗压性能，并且通过环形加劲肋6能将斜向内的作用力进行有效分散，能有效减小作用于波纹钢管1两端的作用力，进一步保证所述拼接式钢管前后两端以及相邻两个所述波纹钢管1之间连接处的结构稳固性和使用效果。

所述波纹钢管1的内径为d，其中d的取值范围为φ30m～φ80m；所述波纹钢管1的波高其中d为波纹钢管1的外径，h的取值范围为50mm～150mm；所述波纹钢管1的波距为λ，λ的取值范围为100mm～480mm。其中，波距是指波纹钢管1中两个相邻波纹顶点之间径向距离，也称为波长。所述波纹钢管的展开片材为一块矩形波纹钢板，所述矩形波纹钢板的板厚为4mm～10mm。所述波纹钢管1的纵向长度为3m～8m。

本实施例中，h＝55mm，λ＝200mm，所述矩形波纹钢板的板厚为6mm，所述波纹钢管1的纵向长度为4m。

实际加工时，可根据具体需要，对波纹钢管1的内径d、外径、波高h和波距λ以及所述矩形波纹钢板的板厚和波纹钢管1的纵向长度分别进行相应调整。其中，所述波纹钢管1的内径d越大，波高h和波距λ均越大。并且，所述波纹钢管1的内径d越大，所述矩形波纹钢板的板厚越大，且波纹钢管1的纵向长度越小。

本实施例中，所述预应力加固构造中的2n道所述水平预应力筋4呈均匀布设。

本实施例中，所述的n＝2。

实际使用时，可根据具体需要，对n的取值大小进行相应调整。并且，所述波纹钢管1的内径d越大，n的取值越大。

本实施例中，每道所述水平预应力筋4的后端均为锚固端且其前端均为张拉端。

因而，所述后锚具为固定端锚具，所述前锚具为张拉端锚具。对任一道所述水平预应力筋4进行张拉时，均在所述前锚具一侧，由后向前进行张拉。所述后锚具和所述前锚具均为预应力锚具。

本实施例中，所述环形止水带3为橡胶止水带。

并且，所述橡胶止水带为遇水膨胀型橡胶止水带。

本实施例中，所述水平预应力筋4为钢绞线。

为提高防水和防腐效果，每道所述水平预应力筋4的外侧均同轴套装有保护套管，所述保护套管为塑料套管且其横截面为圆形；所述通孔的孔径大于所述保护套管的外径。并且，所述保护套管与水平预应力筋4之间注有凡士林。

本实施例中，所述水平预应力筋4的直径为φ22mm，所述保护套管的外径为φ25mm。

实际加工时，可根据具体需要，对水平预应力筋4的直径和保护套管5的外径分别进行相应调整。

本实施例中，所述拼接式钢管中所包括波纹钢管1的数量为3个，并且3个所述波纹钢管的纵向长度均相同。

实际使用时，可根据具体需要，对所述拼接式钢管中所包括波纹钢管1的数量以及各波纹钢管1的纵向长度分别进行相应调整。

本实施例中，如图3、图4和图5所示，每个所述波纹钢管1的前后两端均为所述拼接式钢管的一个波谷，每个所述波纹钢管1的前后两端呈对称布设；前后相邻两个所述波纹钢管1包括后侧钢管和位于所述后侧钢管前侧且与所述后侧钢管连接的前侧钢管，多个所述波纹钢管1连接成一个拼接式波纹钢管，前后相邻两个所述波纹钢管1之间的连接处均为所述拼接式波纹钢管的一个波谷所处位置。

由于每个所述波纹钢管1的前后两端均为一个波谷，这样使前后相邻两个所述波纹钢管1之间的连接处为所述拼接式钢管的一个波谷，这样能有效确保所述拼接式钢管的波纹延续性，利于所述拼接式钢管优势与性能的充分发挥。

实际施工时，将多个所述波纹钢管1均两两对接并形成所述拼接式钢管，前后相邻两个所述波纹钢管1之间均通过法兰2进行简便、快速且可靠连接，并采用所述预应力加固构造对所述拼接式钢管进行整体固定。同时，在前后相邻两个所述波纹钢管1之间设置环形止水带3，环形止水带3垫装于法兰2的前后两个所述法兰盘2-1之间，通过两个所述法兰盘2-1对环形止水带3进行限位与固定，能确保环形止水带3不会发生变形和移位，从而确保前后相邻两个所述波纹钢管1之间连接处的防水效果。待所述拼接式钢管中的多个所述波纹钢管1均两两对接后，通过连接螺栓2-2将前后相邻两个所述波纹钢管1进行初步固定，完成前后相邻两个所述波纹钢管1之间的初步连接过程；之后，在所述拼接式钢管外侧穿设2n道所述水平预应力筋4，并在每道所述水平预应力筋4的前后两端均安装一个锚具5，通过前后两端的锚具5对各道水平预应力筋4分别进行初步固定，每道水平预应力筋4前后两端的锚具5分别位于所述拼接式钢管的两端；然后，对前后相邻两个所述波纹钢管1之间法兰2上的连接螺栓2-2分别进行预紧，使各法兰2上的连接螺栓2-2均达到预先设计的强度(即使各连接螺栓2-2的预紧力均达到预先设计的预紧力值)，同步对2n道所述水平预应力筋4同步进行张拉，张拉完成后对各道水平预应力筋4的两端分别进行锚固即可。

对所述拼接式钢管中的多个所述波纹钢管1分别进行两两对接时，先对多个所述波纹钢管1分别进行定位，并在前后相邻两个所述波纹钢管1之间的两个所述法兰盘之间均铺设环形止水带3；通过连接螺栓2-2将前后相邻两个所述波纹钢管1进行初步固定后，便实现通过连接螺栓2-2对环形止水带3进行固定的目的。对前后相邻两个所述波纹钢管1之间法兰2上的连接螺栓2-2分别进行预紧时，由先至后分多次对所述拼接式钢管上的各连接螺栓2-2分别进行拧紧，并且每次拧紧时，均对所述拼接式钢管上的所有连接螺栓2-2均进行拧紧。

对2n道所述水平预应力筋4同步进行张拉时，采用张拉千斤顶进行张拉，直至各道所述水平预应力筋4的张拉强度达到设计张拉强度。张拉完成后，拆除张拉千斤顶，并利用锚具5对各道所述水平预应力筋4两端分别进行锚固。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。