海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿制造技术

本发明专利技术公开了一种海洋平台钢管‑GFRP管混凝土混合桩腿，包括柱肢、缀管和柱状螺栓节点；所述柱肢为三个及以上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓节点的端部开有螺孔；所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固定；沿柱肢轴线的方向，缀管呈折线状设置。本发明专利技术的柱肢部分钢管、GFRP管和高强混凝土共同承受竖向荷载，钢管在外部约束高强混凝土、GFRP管在内部挤压高强混凝土，使高强混凝土处于三向受力状态，提高了高强混凝土的强度和变形能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固定建筑构件，尤其是一种建筑用组合结构柱。
技术介绍
固定导管架平台是一种常用的近海油气田开采及海上科研研究平台。固定导管架平台由上层结果和导管架桩腿支撑体系以及底部桩组成。在海洋结构中，由于风和海浪的作用，桩腿受到很大的弯曲作用；并且海洋环境中氯离子含量很高，由于电解质起到电荷传递作用，在钢结构处会发生原电池化学反应，海洋钢结构腐蚀问题严重。现采用的桩腿为普通钢管或钢管混凝土单肢桩腿，抗弯能力和耐腐蚀能力均较弱。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿，以解决现有技术存在的上述问题。本专利技术的核心内容是，一种海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿，包括柱肢、缀管和柱状螺栓节点；所述柱肢为三个及以上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓节点的端部开有螺孔；所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固定；沿柱肢轴线的方向，缀管呈折线状设置。优选的，所述柱肢包括第一钢管、同轴套设于所述第一钢管中的第一GFRP管、位于第一GFRP管内的隔板、填充于第一钢管与第一GFRP管之间的混凝土，以及焊接于柱肢两端的端板。优选的，所述缀管包括第二钢管、同轴套设于所述第二钢管中的第二GFRP管、填充于第二钢管和第二GFRP管之间的隔热填料，以固定于缀管两端的封板；所述缀管两端开有螺孔。优选的，所述柱状螺栓节点由两根钢管相贯焊接而成。优选的，以重量份数计，所述混凝土包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5。所述减水增效剂的结构式为：式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。本专利技术的工作原理和优点是：本专利技术的柱肢部分钢管、GFRP管和高强混凝土共同承受竖向荷载，钢管在外部约束高强混凝土、GFRP管在内部挤压高强混凝土，使高强混凝土处于三向受力状态，提高了高强混凝土的强度和变形能力。附图说明图1是本专利技术的横截面图。图2是本专利技术的立体图。图3是缀管的结构示意图。图4是柱状螺栓节点的结构示意图。具体实施方式如图1至图4所示，本专利技术的海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿主要由柱肢1、缀管2和柱状螺栓节点4构成。具体地，柱肢由第一钢管101、第一GFRP管102、GFRP隔板103和高强混凝土104等部分构成。第一钢管包裹在柱肢的最外层，第一GFRP管处于柱肢中心，于第一钢管同轴设置，GFRP管的内部被GFRP隔板支撑，在钢管和GFRP管之间浇筑填满高强混凝土。柱肢两端焊接盖板3。如图3所示，缀管由第二钢管21、隔热填充料22、第二GFRP管23和封板25构成，缀管的两端预留有螺孔24。第二钢管包裹在缀管的外层，GFRP管位于缀管中心，与钢管同轴设置，二者之间填充隔热材料；封板为一圆形钢板，直径与缀管相同，与钢管焊接；在缀管梁端预留有螺孔用于连接在柱状螺栓节点上。如图4所示，柱状螺栓节点由两根钢管相贯焊接41而成，管内径比缀管外径大1.0mm，厚度应满足连接强度要求。柱状螺栓节点钢管上开有与缀管向匹配的螺孔42。在承受竖向荷载时：柱肢部分钢管、GFRP管、高强混凝土共同承受竖向荷载。钢管在外部约束高强混凝土、GFRP管在内部挤压高强混凝土，使高强混凝土处于三向受力状态，提高了高强混凝土的强度和变形能力。GFRP隔板在内部支撑GFRP管。缀管在受力中一方面对柱肢部分起支点作用，降低柱肢的计算长度；另一方面缀管承受格构柱受到的剪力作用。柱状螺栓节点焊接在柱肢上，缀管穿在柱状螺栓节点内，通过螺栓穿过螺孔与柱状节点连接。GFRP弹性模量为70GPa，混凝土为20-30GPa，GFRP的弹性模量为混凝土的三倍。利用GFRP管在柱肢和斜撑等受压构件中等刚度代替混凝土，可减小2/3的混凝土用量。而柱肢、斜撑、节点等构件可完全在工厂预制。斜撑与柱肢采用新型节点，实现安装的全螺栓拼接。本专利技术的制作施工过程如下：首先在工厂内预制柱肢：在加工场地上放样处钢管和GFRP管的位置，将钢管和已经与隔板拼装好的GFRP管吊装就位后利用夹具固定。利用钢管和GFRP管为模板浇筑高强度混凝土，待标准养护至高强度混凝土完全凝结后平放柱肢，在柱肢两端焊接端板。与此同时，制作缀管和柱状螺栓节点。在工厂内将柱状螺栓节点焊接在柱肢的指定位置。在施工现场，将柱肢吊装至指定位置连接固定后，将缀管穿入柱状螺栓节点，利用螺栓进行可靠连接完成安装。对混凝土进行优化设计。以重量份数计，混凝土包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5。其中，所述减水增效剂的结构式为：式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。实验1-8例1例2例3例4例5例6例7例8水泥400380420390410425375395中砂580620560660500700540710玻璃纤维2018222515132824水195190200180185205175180粗骨料92088096084010008007801020粉煤灰3022242632384020减水增效剂4.24.63.63.22.84.44.85.03d强度15016014014515017016014028d强度165165155160175180160165冻融200次合格合格合格合格合格合格合格合格耐久性通过通过通过通过通过通过通过通过注：对照组为采用普通减水剂的混凝土，其3d强度为130Mpa，28d强度为135Mpa。总之，本专利技术能以较小直径的柱肢取得较大的截面抗弯刚度，且柱肢以受轴压力为主，充分发挥了钢管混凝土受压强度大的特性，因此可应用于荷载偏心率较大或长细比较大的结构中；并且内部填充混凝土阻隔了海水与无防腐处理的钢管内壁接触，减少了腐蚀面积，该结构形式是海洋平台桩腿的合理形式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋平台钢管‑GFRP管混凝土混合桩腿，其特征在于，包括柱肢、缀管和柱状螺栓节点；所述柱肢为三个及以上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓节点的端部开有螺孔；所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固定；沿柱肢轴线的方向，缀管呈折线状设置。

【技术特征摘要】
1.一种海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿，其特征在于，包括柱肢、缀管和柱状螺栓节点；所述柱肢为三个及以上，所述柱状螺栓节点与柱肢固定连接，柱状螺栓节点的端部开有螺孔；所述缀管的两端对应开有螺孔，缀管的两端分别与柱状螺栓节点固定；沿柱肢轴线的方向，缀管呈折线状设置。2.根据权利要求1所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿，其特征在于，所述柱肢包括第一钢管、同轴套设于所述第一钢管中的第一GFRP管、位于第一GFRP管内的隔板、填充于第一钢管与第一GFRP管之间的混凝土，以及焊接于柱肢两端的端板。3.根据权利要求1所述的海洋平台钢管-GFRP管混凝土混合桩腿，其特征在于，所述缀管包括第二钢管、同轴套设于所述第二钢管中的第二GFRP管...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍凯，曹平周，张贺，陈峰，章恒，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32