一種鋼管復合樁及其設計方法技術

本發明專利技術公開了一種鋼管復合樁及其設計方法，該鋼管復合樁的設計方法包括：計算鋼管復合樁的剛度、豎向承載力及水平承載力；根據計算得到的鋼管復合樁的剛度、豎向承載力及水平承載力，設計出滿足剛度、豎向承載力及水平承載力要求的鋼管復合樁。該鋼管復合樁包括鋼管、剪力環、防腐涂層、泥皮和鋼筋混凝土樁。本發明專利技術適合于帶有泥皮、防腐涂層、剪力環共同作用的鋼管復合樁內部強度極限承載力的計算，這對于帶有泥皮、防腐涂層、剪力環的鋼管復合樁內部強度極限承載力的計算有積極的應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及深海橋梁粧基工程領域，特別設及一種鋼管復合粧及其設計方法。
技術介紹
隨著國民經濟的不斷發展，鋼材產量的不斷增加，大直徑鋼管復合粧W承載力高、 沉粧工藝相對簡單、排±量較小及抗彎能力強等優點，廣泛應用于跨海大橋、大型深水港碼 頭等重大工程中。 雖然鋼管復合粧現已被廣泛應用，但國內外粧基規范中并未給出考慮泥皮、防腐 涂層和剪力環作用的鋼管復合粧設計計算方法。當按內部強度控制標準計算鋼管復合粧極 限承載力時，采用現有相關規范計算時，計算結果與實際情況不同。當計算結果偏大時，粧 基偏于不安全；當計算結果偏小時，將造成材料浪費，成本提高。 目前為止，鋼護筒內壁的剪力環嵌固效應和管內泥皮/防腐涂裝弱化作用對鋼管 復合粧的影響。目前國內的鋼管混凝±結構的設計規范和技術規程中基本是通過約束效應 系數（C。）來考慮鋼管和混凝±之間的相互作用，強度承載力N。和抗彎承載力M。的表達式 是基于大規模的參數分析結果確定的，沒有考慮剪力環的加強作用和泥皮/防腐涂裝弱化 效應對鋼管混凝±結構的影響。尤其該點，對深海橋梁鋼管復合粧的設計與使用存在不安 全、不可靠的技術風險。
技術實現思路
(一）要解決的技術問題 有鑒于此，本專利技術的主要目的在于提供一種鋼管復合粧及其設計方法，W在考慮 剪力環和泥皮/防腐涂裝效應的基礎上，為鋼管復合粧基的各項設計參數及計算理論提供 依據。 (二）技術方案[000引為達到上述目的，本專利技術提供了一種鋼管復合粧，該鋼管復合粧包括鋼管、剪力 環、防腐涂層、泥皮和鋼筋混凝±粧，其中： 鋼管，在成孔時作為模板，W提高鋼管復合粧的抗彎及承載性能； 剪力環，焊接于該鋼管的內壁，W增強鋼管與混凝上之間的粘結，提高鋼管復合粧 的抗彎性能； 防腐涂層，形成于焊接有剪力環的該鋼管的內壁，W避免開挖過程中海水對鋼管 內壁的腐蝕； 泥皮，形成于該防腐涂層的表面； 鋼筋混凝±粧，誘筑形成于所述內壁具有剪力環、防腐涂層和泥皮的該鋼管內部。 上述方案中，該剪力環通過點焊的方式焊接于該鋼管的內壁。 上述方案中，該剪力環是截面為矩形、梯形或=角形的鋼條，或者該剪力環是鋼筋 釘或鋼筋環。 上述方案中，該防腐涂層采用SLF高分子復合環氧涂料、聚氨醋涂料、改性環氧玻 璃鱗片涂料或聚醋玻璃鱗片涂料。 上述方案中，該泥皮是通過W下方式形成于該防腐涂層的表面；將制作好的具有 剪力環和防腐涂層的鋼管打入±中，然后將鋼管內部±體挖出，此時在鋼管的內壁即形成 一層泥皮。[001引為達到上述目的，本專利技術還提供了一種鋼管復合粧的設計方法，該方法包括：計算 鋼管復合粧的剛度、豎向承載力及水平承載力；根據計算得到的鋼管復合粧的剛度、豎向承 載力及水平承載力，設計出滿足剛度、豎向承載力及水平承載力要求的鋼管復合粧。 上述方案中，所述計算鋼管復合粧的剛度，是采用疊加理論分別計算鋼管復合粧 的抗彎剛度和抗壓剛度。 上述方案中，所述采用疊加理論計算鋼管復合粧的抗彎剛度，是采用公式EI = kwsEJs+kwcEcI^ P《0. 8 ?1. 0F，或公式 EI = kwsEJs+kwc 人 ￡山，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F，其 中k，t= ? kw ? kw，EI是鋼管復合粧的抗彎剛度，k，,是考慮鋼管復合粧使用壽命期間的 剛度折減系數，氏和E。是鋼材與混凝±彈性模量，I ,和I。是鋼管和混凝±截面慣性矩，k，。 是考慮泥皮、防腐涂層、剪力環的綜合影響系數，A是荷載水平效應系數，是考慮泥皮效 應的折減系數，無泥皮時為1，有泥皮時小于1 ;kw是考慮剪力環加固效應的修正系數，無剪 力環時為1，有剪力環時大于1 ;kw是考慮防腐涂層的折減系數，無防腐涂層時為1，有防腐 涂層時小于1 ;[002U 所述采用疊加理論計算鋼管復合粧的抗壓剛度，是采用公式EA = ky擊,A,+kytEtA。， 其中kyt= k yW ? ky, ? kyp，EA是鋼管復合粧的抗彎剛度，ky.是考慮鋼管復合粧使用壽命期間 的剛度折減系數，氏和E。是鋼材與混凝±彈性模量，A ,和A。是鋼管和混凝±截面慣性矩， ky。是考慮泥皮、防腐涂層、剪力環的綜合影響系數，kyw是考慮泥皮效應的折減系數，無泥皮 時為1，有泥皮時小于1 ;ky,是考慮剪力環加固效應的修正系數，無剪力環時為1，有剪力環 時大于1 ;kyp是考慮防腐涂層的折減系數，無防腐涂層時為1，有防腐涂層時小于1。 上述方案中，所述計算鋼管復合粧的豎向承載力是依據現行相關粧基規范進行豎 向承載力的計算，并采用規范ACI (2005)方法對豎向承載力進行檢算； 所述計算鋼管復合粧的水平承載力是依據相關粧基規范進行水平承載力的計算 并采用橋梁粧基經典的"m"法對水平承載力進行檢算，且在計算過程中鋼管復合粧剛度采 用W下剛度修正公式： EI = kwsEJs+kwcEcIc，P《0. 8 ?1. 0F，或公式 EI = kwsEJs+kwc 入 EJc，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F,其中 k,c二 k wN * k,j ? k,F，EA = kysEsAs+kycEcAc,其中 kyc二 k 沖 * kyj ? k巧。 上述方案中，該方法還包括對鋼管復合粧的豎向沉降、橫向變形和粧身內部強度 進行計算和檢算，其中在進行鋼管復合粧的豎向承載力、水平承載力、豎向沉降、橫向變形 和粧身內部強度檢算時，采用W下修正公式進行單粧承載力及沉降變形的校核： EI = kwsEJs+kwcEcIc，P《0. 8 ?1. 0F，或公式 EI = kwsEJs+kwc 入 EJc，0. 8 ?1. OF < P《1. 7F，其中 k,c= k wN ? k,j ? kwF，EA = kysEsAs+kycEcAc，其中 kyc= k 沖? k" ? kyF。 ( S )有益效果[002引從上述技術方案可W看出，本專利技術具有W下有益效果： 1、本專利技術在計算鋼管復合粧承載力時，考慮了泥皮、防腐涂層的弱化作用和剪力 環的嵌固作用，使得計算結果更接近于實際情況。 2、本專利技術便于計算剪力環對鋼管復合粧彎曲剛度的影響，W利于剪力環間距的設 計和優化。 3、本專利技術適用于有/無泥皮、有/無剪力環和有/無防腐涂層的鋼管復合粧的設 計，且計算結果偏于安全。 4、本專利技術在進行鋼管復合粧設計時既具有重要的經濟效益，又具有較為實用的價 值。 5、本專利技術提供的鋼管復合粧及其設計方法，提出的剛度修正公式考慮了泥皮、防 腐涂層的弱化影響W及剪力環的嵌固作用，進而在考慮剪力環和泥皮/防腐涂裝效應的基 礎上，為鋼管復合粧基的各項設計參數及計算理論提供依據。【附圖說明】 圖1是本專利技術提供的鋼管復合粧的設計方法流程圖。 圖2是采用圖1所示方法設計的鋼管復合粧的示意圖。 圖3是依照本專利技術實施例的鋼管復合粧抗彎剛度與剪力環間距的之間呈雙曲線 規律的示意圖。【具體實施方式】 為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，W下結合具體實施例，并參照 附圖，對本專利技術進一步詳細說明。[003引本專利技術提供的鋼管復合粧及其設計方法，主要設及了鋼管復合粧剛度的計算W及 其承載力的設計計算，為鋼管復合粧的廣泛應用提供了理論基礎。其中，本專利技術提供的鋼管 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋼管復合樁，其特征在于，該鋼管復合樁包括鋼管、剪力環、防腐涂層、泥皮和鋼筋混凝土樁，其中：鋼管，在成孔時作為模板，以提高鋼管復合樁的抗彎及承載性能；剪力環，焊接于該鋼管的內壁，以增強鋼管與混凝土之間的粘結，提高鋼管復合樁的抗彎性能；防腐涂層，形成于焊接有剪力環的該鋼管的內壁，以避免開挖過程中海水對鋼管內壁的腐蝕；泥皮，形成于該防腐涂層的表面；鋼筋混凝土樁，澆筑形成于所述內壁具有剪力環、防腐涂層和泥皮的該鋼管內部。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧科，孟凡超，馬建林，吳偉勝，張敏，劉明虎，張革軍，張梁，
申請(專利權)人：中交公路規劃設計院有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11