复合钢管的制作方法

1.本实用新型涉及管道输送设备技术领域，尤其涉及一种复合钢管。


背景技术：

2.相关技术中，传统的预应力混凝土钢管的允许应力一般设计为钢管所用钢材的屈服应力的40％
‑
50％，原因之一是这种预应力混凝土钢管的保护层由刚性较大的混凝土形成，因而与钢管直接接触时，接触面在生产或制造过程中极易形成空腔，导致保护层与钢管不能结合成一个整体，且极易发生脱落；原因之二是刚性混凝土保护层的容许应变有限，采用更高的刚应力导致刚性混凝土保护层在压力作用下极易形成有害开裂，对刚性混凝土保护层的性能造成不利的影响，最终使保护层失效或者以其他方式从钢管中脱落。
3.此外，传统的预应力混凝土钢管，受限于现场安装、安全搬运等条件限制，在较差的土壤条件下，如果不通过增大内衬厚度、增大管壁厚度、连接加强件或者高价进口更稳定的垫底料来进行加强，则钢管容易被压扁或过度变形。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种复合钢管，以在一定程度上解决现有技术中的传统的钢管保护层与钢管结合不可靠极易发生脱落，以及容易被压扁或过度变形的技术问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案；
6.基于上述第一目的，本实用新型提供的复合钢管，包括预应力钢管、内衬层和保护层；
7.所述内衬层和所述保护层的材质均为具有延展性的混合材料，所述内衬层和所述保护层分别衬砌于所述预应力钢管的内表面和外表面。
8.在上述任一技术方案中，可选地，所述混合材料为砂浆或者混凝土。
9.在上述任一技术方案中，可选地，当所述混合材料为砂浆，所述砂浆为由水泥、掺合料、细微砾石、砂子、纤维混合而成的混合材料。
10.在上述任一技术方案中，可选地，所述预应力钢管包括钢管与箍设于所述钢管的外表面的预应力钢筋层。
11.在上述任一技术方案中，可选地，所述钢管包括钢管本体、插口环和承口环；
12.所述承口环的第一端连接于所述钢管本体的第一端，所述插口环的第一端连接于所述钢管本体的第二端，所述插口环的第二端能够适配地套设于所述承口环的第二端。
13.在上述任一技术方案中，可选地，所述复合钢管的外径与所述钢管本体的壁厚的比例为300
‑
360。
14.在上述任一技术方案中，可选地，所述承口环的第一端与所述钢管本体的第一端焊接，所述插口环的第一端与所述钢管本体的第二端焊接；
15.所述保护层衬砌于所述钢管本体的外表面、所述承口环的第一端的外表面以及所
述插口环的外表面；
16.所述内衬层衬砌于所述钢管本体的内表面、所述承口环的内表面以及插口环的第一端的内表面。
17.在上述任一技术方案中，可选地，所述复合钢管还包括防腐涂层；
18.所述插口环和所述承口环的裸露于所述内衬层和所述保护层的表面均涂覆有所述防腐涂层。
19.在上述任一技术方案中，可选地，所述预应力钢筋的缠丝应力为原料钢筋容许应力的10％
‑
40％。
20.在上述任一技术方案中，可选地，所述内衬层的厚度为30
‑
60mm；
21.所述保护层的厚度为25
‑
50mm。
22.采用上述技术方案，本实用新型的有益效果：
23.本实用新型提供的复合钢管，包括预应力钢管、内衬层、钢筋缠绕层和保护层。预应力钢筒具有预压应力，以预先承担复合钢管的部分载荷。内衬层和保护层的材质均为具有延展性的混合材料，内衬层和保护层分别衬砌于预应力钢管的内表面和外表面，从而预应力钢筒和内衬层紧密结合呈具有较大的容许应变的结构，以应对复合钢管的内部产生瞬间压力增大的情况，保护层与预应力钢筒紧密结合以使保护层能够与预应力钢筒同步形变，以使保护层能够长期且稳定地与预应力钢筒紧密结合而不发生脱落或者不利开裂的情况。也就是说，该复合钢管，由于具有较大的容许应变能力，因而能够在无需采取增大内衬厚度以及钢管壁厚、连接加强件或者高价进口更稳定的垫底料的措施的前提下，仅能够使该复合钢管长期且稳定地应对载荷，此外，保护层能够与钢管稳定结合，不易发生脱落和不离开裂。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例一提供的复合钢管的结构示意图。
26.图标：1
‑
复合钢管；10
‑
钢管本体；11
‑
承口环；12
‑
插口环；120
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密封件安装槽；121
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打压孔；13
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预应力钢筋；14
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保护层；15
‑
内衬层。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.实施例一
31.参见图1所示，本实施例提供的复合钢管1，包括钢管、内衬层15、钢筋缠绕层、保护层14、插口环12和承口环11。
32.钢筋缠绕层包括呈螺旋状缠绕于钢管的外表面的预应力钢筋13，钢管与钢筋缠绕层形成预应力钢管。内衬层15和保护层14的材质均为具有延展性的混合材料，内衬层15和保护层14分别衬砌于预应力钢管的内表面和外表面，也就是说，内衬层15衬砌于预应力钢管的内表面，保护层14衬砌于预应力钢管的外表面。
33.具体而言，上述复合钢管1通过以下步骤形成：将检验合格的钢管装入内模中，然后用压盖将钢管压紧在内模中，然后在钢管的内表面进行内衬层15的衬砌制作。将经检验合格的带有内衬层15的钢管吊至缠丝机上，然后按照设计的缠丝应力施加至原料钢筋形成预应力钢筋13，再通过缠丝机将预应力钢筋13按照预定螺距缠绕在钢管的外表面，形成由预应力钢筋13缠绕而成的预应力钢管。预应力钢筋13缠绕结束并检验合格后，将预应力钢管的外表面进行保护层14的衬砌制作。
34.在本实施例中，预应力钢筋13的缠丝应力为原料钢筋容许应力的10％
‑
40％，也就是说，预应力钢筋13采用部分预应力缠绕成钢筋缠绕层，从而使预应力钢筒的预压应力在合理范围内，进而能够与保护层14紧密结合形成整体。例如，预应力钢筋13的缠丝应力为原料钢筋容许应变的10％、20％、30％或者40％，具体数值的选取，需要结合钢管自身的强度，以确保预应力钢筒与保护层14能够紧密结合形成整体为标准进行选取。
35.可选地，预应力钢筋13为冷轧钢筋或者热轧钢筋等低应力钢筋，能够在一定程度上降低成本。
36.在本实施例中，由于内衬层15通过具有延展性的混合材料形成，因而通过钢丝缠绕层给预应力钢管施加预应力，使得钢管及内衬层15预先承受一定的预压应力，从而使得钢管与内衬层15变形一致。
37.与此同时，当复合钢管1在承受一定内部压力时，由于预压应力的作用下而使得预应力钢管被约束，一般发生的位移及变形很小，从而确保不会由于钢管发生的位移及变形过大而导致保护层14的结构被破坏。
38.此外，由于相较于该复合钢管1的钢管和预应力钢筋13的正常设计参数而言，实际使用中外界载荷的作用下钢管和预应力钢筋13所产生的应力通常仅能达到钢管和预应力钢筋13的自身屈服应力的一半甚至更少，所以使得该复合钢管1结构的安全系数提高。
39.进一步地，由于内衬层15和保护层14均采用具有延展性的混合材料形成，因而复合钢管1在运行过程中，即使发生内部瞬间压力超过设计压力的情况，内衬层15、钢管、钢丝缠绕层、保护层14也会一通发生一定程度的形变，以吸收超额压力产生的冲击能量，而不会
出现钢筒与保护层14不能同步形变，导致二者之间出现空腔的情况出现，进而有效降低保护层14发生不利破裂的风险。
40.在本实施例中，内衬层15的厚度为30
‑
60mm，其中，通过限定内衬层15的厚度不小于30mm，能够保证由内衬层15和预应力钢筒结合成的整体的结构刚度以及内表面防腐性能满足需求，通过限定内衬层15的厚度不大于60mm，能够保证由内衬层15和预应力钢筒结合成的整体的最大容许应变足够，以应对瞬间压力增大等大载荷情况的发生。例如，内衬层15的厚度为30mm、40mm、45mm、50mm或60mm。
41.在本实施例中，保护层14的厚度为25
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50mm，其中，通过限定保护层14的厚度不小于25mm，能够保证由复合钢管1的整体结构刚度以及外表面防腐性能满足需求，通过限定保护层14的厚度不大于50mm，能够确保保护层14的形变能力与内衬层15和预应力钢筒结合成的整体的形变能力的同步性，避免保护层14与预应力钢筒之间出现空腔，进而避免出现保护层14不利开裂或者脱离的情况。例如，保护层14的厚度为25mm、30mm、40mm、45mm或50mm。
42.本实施例的可选方案中，具有延展性的混合材料为砂浆，砂浆是一种常用的粘结物质，不仅能够满足对于混合材料的延展性的需求，而且砂浆还具有防腐特性，通过砂浆形成内衬层15和保护层14，则能够确保钢管具有很高的内部抗腐蚀性和外部抗腐蚀性，从而无需对钢管进行另外的防腐处理，就能够确保复合钢管1达到期望的防腐效果甚至相较于传统的防腐水平得以提高，进而从抗腐蚀角度提高复合钢管1的使用寿命。
43.可选地，砂浆为由水泥、掺合料、细微砾石、砂子、纤维混合而成的混合材料，从而通过较为简单的组分形成一种满足应变需求以及防腐需求的砂浆原料。
44.可选地，可以根据对砂浆不同的性能需求，对水泥、掺合料、细微砾石、砂子、纤维之间的配比进行调整，以及增加其他辅料。可以理解的是，由于对内衬层15和保护层14的成型工艺、技术要求等多方面的要求有一定的区别，因而二者所使用的砂浆的组分配比可以不同，以使二者协同确保复合钢管1的性能更佳。
45.本实施例的可选方案中，钢管包括钢管本体10、插口环12和承口环11。
46.承口环11的第一端连接于钢管本体10的第一端，插口环12的第一端连接于钢管本体10的第二端，插口环12的第二端能够适配地套设于承口环11的第二端。
47.一方面，在复合钢管1安装或者运行过程中，定义每相邻的两个复合钢管1中的一个复合钢管1为第一复合钢管1，另一个复合钢管1为第二复合钢管1，第一复合钢管1的插口环12的第二端适配地套设于第二符合钢管的承口环11的第二端，如此，以将多个复合钢管1顺次密封连接形成输送管道。另一方面，相较于常规的衬砌混凝土保护层14的钢管结构，接头仅能采用刚性连接，在管道安装施工时，导致接头需要对接焊接的技术方案，由于该钢管的钢管本体10能够在一定范围内发生形变，因而插口环12和承口环11也能够随钢管本体10的形变而发生形变，可以降低承口环11和插口环12的对接装配难度，提高安装效率，省时省力，给施工单位带来便利。
48.在本实施例中，承口环11的第一端与钢管本体10的第一端焊接，插口环12的第一端与钢管本体10的第二端焊接，从而使承口环11与插口环12与钢管本体10稳固连接。
49.保护层14衬砌于钢管本体10的外表面、承口环11的第一端的外表面以及插口环12的外表面，从而保护层14在对钢管本体10的外表面进行防腐处理的同时，还能够对承口环11的第一端、插口环12的外表面、钢管本体10的外表面与承口环11之间的连接处以及钢管
本体10的外表面与插口环12之间的连接处也进行防腐处理。
50.内衬层15衬砌于钢管本体10的内表面、承口环11的内表面以及插口环12的第一端的内表面，从而内衬层15在对钢管本体10的内表面进行防腐处理的同时，还能够对承口环11的内表面、插口环12的第一端、钢管本体10的内表面与承口环11之间的连接处以及钢管本体10的内表面与插口环12之间的连接处也进行防腐处理。
51.钢管可以通过以下步骤来成型：选用符合要求的第一钢板，按工艺制作要求焊接成圆环，并用涨圆机扩涨到设计所需的承口环11和插口环12尺寸，然后在插口环12按照设计的位置预留打压孔121，将与插口环12对应的焊缝及周围的焊渣清除干净并磨平。选用符合要求的第二钢板，按照工艺制作要求焊接成钢管本体10，将承口环11的第一端与钢管本体10的第一端焊接，将插口环12的第一端与钢管本体10的第二端焊接，以使承口环11、插口环12和钢管本体10形成钢筒，对钢筒的焊缝进行无损金策，焊缝检验合格后方可进入下一道工序。
52.在本实施例中，为了提高复合钢管1的整体封闭性以及防腐性能，将复合钢管1整体进行防腐处理，复合钢管1还包括防腐涂层，插口环12和承口环11的裸露于内衬层15和保护层14的表面均涂覆有防腐涂层，也就是说，插口环12的裸露于内衬层15和保护层14的表面均涂覆有防腐涂层，承口环11的裸露于内衬层15和保护层14的表面均涂覆有防腐涂层，其中，所谓表面包括内表面、外表面以及端面。
53.可选地，承口环11的裸露于保护层14的外表面设置有密封件安装槽120，密封件安装槽120内可拆卸地设置有密封件，密封件以密封接触的方式分别与承口环11的外表面和插口环12的内表面形成连接关系。
54.在本实施例中，相关技术中，预应力混凝土钢管的钢管的最小厚度按照国内相关标准的要求进行设计，通常需要直径对厚度比例大约为120
‑
180，才能在一定程度上减小钢管被压扁的风险。这意味着，直径为1800mm的钢管必须具有大约10mm的壁厚。
55.复合钢管1的外径与钢管本体10的壁厚的比例为300
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360，正是由于本技术中的内衬层15和保护层14采用了具有延展性的混合材料衬砌于钢管本体10，所以为该复合钢管1将现有技术中100
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180的比例提升至300
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360提供了结构基础，对于外径为1800mm的复合钢管1来讲，钢管本体10的壁厚能够从现有技术中的10mm减少为5mm，从而使得钢管本体10的壁厚、复合钢管1的壁厚、钢管本体10的成本、复合钢管1的重量均得以明显降低，进而有利于降低采购成本和运输成本等。且与相关技术相比较，如果采用相同庇护的钢管本体10，则能够使复合钢管1获得更大的抗变形能力。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为
本领域技术人员所公知的现有技术。