本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種軟土中管道抗上浮的箱涵結(jié)構(gòu)。包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的U形底座、與多個(gè)底座相應(yīng)個(gè)數(shù)的蓋板和兩塊側(cè)板；U形底座底部和蓋板下表面沿軸均設(shè)有多條底座肋條，管道安裝在蓋板肋條和底座肋條間，U形底座和蓋板用螺栓連接，兩塊側(cè)板通過(guò)螺栓與箱涵結(jié)構(gòu)兩端的U形底座側(cè)面連接。在埋深淺的薄弱段或特殊段沿管道敷設(shè)方向在管道外間隔設(shè)置箱涵結(jié)構(gòu)，箱涵結(jié)構(gòu)由預(yù)制鋼筋混凝土U形底座和蓋板拼裝連接而成，從而人工設(shè)置了管道橫向屈曲薄弱段。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)采取箱涵內(nèi)不填充的方式減弱管道水平方向的約束，誘發(fā)管道在溫度上升和管道內(nèi)壓引起的軸向高應(yīng)力作用下在箱涵內(nèi)發(fā)生橫向屈曲變形，釋放軸向高應(yīng)力，避免發(fā)生管道上浮，影響管道正常使用。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種箱涵結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種軟土中管道抗上浮的箱涵結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到人們的重視。在能源運(yùn)送中，管道運(yùn)輸由于其運(yùn)輸量大、連續(xù)、迅速、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、平穩(wěn)以及投資少、占地少、費(fèi)用低，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等特點(diǎn)，成為石油、天然氣輸送的重要方式。沿海地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對(duì)能源的依賴(lài)越來(lái)越大，油氣管道的建設(shè)正在不斷展開(kāi)。但沿海地區(qū)特有的軟土地質(zhì)條件給管道正常運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)，飽和軟土地基中的油氣管道在施工完成后經(jīng)常出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，給管線(xiàn)安全帶來(lái)了隱患。油氣管道的上浮根據(jù)其起因可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是管道的自浮，即管道在水浮力·或飽和流塑軟土浮力作用下由于上覆土、配重等所能提供的上浮阻力不夠引起的管道上浮。另一類(lèi)是管道在內(nèi)壓、溫度上升等因素作用下產(chǎn)生軸力高應(yīng)力，從而引起管道軸向屈曲失穩(wěn)。由于管道一般埋深較淺，其向上約束力小，軸向屈曲失穩(wěn)通常最終表現(xiàn)為向上屈曲，即為上浮。其中，后者在油氣管道上浮現(xiàn)象中占大多數(shù)。目前，工程中多采用設(shè)置混凝土塊等壓重的方法，來(lái)避免管道上浮。然而這種方法并沒(méi)有消除引起管道上浮的軸向高應(yīng)力，即沒(méi)有消除引起管道上浮的災(zāi)害源。對(duì)于進(jìn)行壓重處理的管段，上浮能暫時(shí)消除，但相鄰未進(jìn)行壓重的管段同樣會(huì)受軸向高應(yīng)力作用而發(fā)生上浮。如對(duì)長(zhǎng)輸管線(xiàn)進(jìn)行大范圍壓重處理，則會(huì)帶來(lái)極高的建設(shè)成本。因此，探尋軟土中管道抗上浮的新方法具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種軟土中管道抗上浮的箱涵結(jié)構(gòu)，以解決飽和軟土中管道在軸向高應(yīng)力、水浮力等作用下的上浮問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)所采取的技術(shù)方案是 本專(zhuān)利技術(shù)所述的箱涵結(jié)構(gòu)包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的U形底座、與多個(gè)U形底座相應(yīng)個(gè)數(shù)的蓋板和兩塊側(cè)板；U形底座底部表面沿軸向設(shè)有多條底座肋條，蓋板下表面沿軸向也設(shè)有多條蓋板肋條，管道安裝在蓋板肋條和底座肋條之間，U形底座和蓋板用第一螺栓連成一體，兩塊側(cè)板分別通過(guò)第二螺栓與箱涵結(jié)構(gòu)兩端的U形底座側(cè)面連接。所述的兩塊側(cè)板均由上半側(cè)板和下半側(cè)板拼裝組合而成，中間開(kāi)有與管道外徑相同的圓孔。所述的多條底座肋條和蓋板肋條為等距分布或不等距分布。本專(zhuān)利技術(shù)具有的有益效果是 (I)本專(zhuān)利技術(shù)抗上浮箱涵結(jié)構(gòu)采用箱涵內(nèi)不填充和箱涵U形底座上部及蓋板下部設(shè)肋的方式減少管道橫向變形的約束，可誘發(fā)管道在軸向高應(yīng)力作用下在箱涵內(nèi)發(fā)生橫向屈曲變形，主動(dòng)釋放軸向高應(yīng)力，避免發(fā)生自浮或屈曲上浮，影響管道的正常使用。(2)本專(zhuān)利技術(shù)的底座肋條和蓋板肋條能降低管道橫向屈曲過(guò)程中與底座或蓋板之間的摩擦力。(3)本專(zhuān)利技術(shù)抗上浮箱涵結(jié)構(gòu)采用預(yù)制鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，U形底座與蓋板采用螺栓連接，可方便地進(jìn)行分段拼接安裝。(4)本專(zhuān)利技術(shù)箱涵結(jié)構(gòu)U形底座在施工過(guò)程中，尤其是在軟土中進(jìn)行管道敷設(shè)施工時(shí)，可代替鋼板樁等結(jié)構(gòu)的擋土功能。(5)本專(zhuān)利技術(shù)箱涵結(jié)構(gòu)U形底座橫斷面兩個(gè)底角采用與管道弧度相同的圓角，方便安裝溝槽的開(kāi)挖成形。附圖說(shuō)明圖I是本專(zhuān)利技術(shù)的結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖2是圖I的左視圖。圖3是圖I的A-A剖視圖。圖4是圖I的B-B剖視圖。圖中1.管道，2.箱涵結(jié)構(gòu)，3.蓋板，4. U形底座，5.底座圓底角，6.蓋板肋條，7.底座肋條，8.第一螺栓，9.第三螺栓，10. U形底座分段間連接孔，11.側(cè)板，12.上半側(cè)板，13.下半側(cè)板，14.第二螺栓。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I、圖2、圖3、圖4所示，所述的箱涵結(jié)構(gòu)2包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的U形底座4、與多個(gè)U形底座相應(yīng)個(gè)數(shù)的蓋板3和兩塊側(cè)板11 ；U形底座4底部表面沿軸向設(shè)有多條底座肋條7，蓋板3下表面沿軸向也設(shè)有多條蓋板肋條6，管道I安裝在蓋板肋條6和底座肋條7之間，U形底座4和蓋板3用第一螺栓8連成一體，兩塊側(cè)板11分別通過(guò)第二螺栓14與箱涵結(jié)構(gòu)2兩端的U形底座4側(cè)面連接。所述的兩塊側(cè)板11均由上半側(cè)板12和下半側(cè)板13拼裝組合而成，中間開(kāi)有與管道I外徑相同的圓孔。所述的多條底座肋條7和蓋板肋條6為等距分布或不等距分布。所述的箱涵結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度￡為 JV- P =普[1. 167 XICT5 EAJqL5-0.25(jElf J ⑴ 其中管道軸向受壓屈曲臨界荷載^按下式計(jì)算 SI Ρ = Ε0. 3^(2) 式中F為由內(nèi)壓、溫度引起的管道軸向荷載；P為管道軸向受壓屈曲臨界荷載；為包括覆蓋土層和管子、物料自重減去上浮力所得的均布載荷“為箱涵結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度；E為管道材料彈性模量，I為管道截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；A為管道截面材料面積力管道與覆蓋土層的摩擦系數(shù)；通過(guò)聯(lián)立上述兩式即可確定箱涵結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度Z。如圖I所示，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)在管道I外設(shè)置箱涵結(jié)構(gòu)2以實(shí)現(xiàn)抗上浮的目的。箱涵結(jié)構(gòu)2由預(yù)制鋼筋混凝土箱涵蓋板3和U形底座4分段通過(guò)多根第三螺栓9連接拼裝而成。U形底座4橫斷面兩個(gè)底角采用底座圓底角5，其圓弧直徑與管道外徑一致。U形底座4上表面和蓋板3下表面分別設(shè)置蓋板肋條6和底座肋條7。底板肋條7頂面至蓋板肋條6底面高度比管道I外徑大，使管道安裝后管頂與蓋板底稍有空隙。箱涵結(jié)構(gòu)2采用分段設(shè)計(jì)，每段長(zhǎng)度可根據(jù)設(shè)計(jì)施工要求選取。箱涵U形底座4內(nèi)凈寬約取管道I外徑I. 5倍以上，U形底座4內(nèi)凈高比管道I外徑大至少I(mǎi)公分，使管道安裝后管頂與蓋板底稍有空隙，底座圓底角5圓弧半徑取管道外徑。蓋板肋條6和底座肋條7間距根據(jù)設(shè)計(jì)需要取數(shù)十公分。如圖2所示，側(cè)板11由上半側(cè)板12和下半側(cè)板13拼裝組合而成，中間開(kāi)有與管·道I外徑相同的圓洞。上半側(cè)板12和下半側(cè)板13均為預(yù)制鋼筋混凝土板，先安裝下半側(cè)板13，再安裝管道，然后再安裝上半側(cè)板12。上半側(cè)板12和下半側(cè)板13均預(yù)留有螺栓孔通過(guò)第二螺栓14與箱涵結(jié)構(gòu)2側(cè)面連接。兩個(gè)箱涵結(jié)構(gòu)相連是通過(guò)U形底座分段間連接孔10用第三螺栓9相連。箱涵結(jié)構(gòu)2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算以下幾方面內(nèi)容蓋板3滿(mǎn)足上部覆土壓力要求、U形底座4兩側(cè)面滿(mǎn)足側(cè)向土壓力要求以及底板滿(mǎn)足抗隆起要求、側(cè)板11滿(mǎn)足側(cè)向土壓力要求。對(duì)于箱涵結(jié)構(gòu)2整體，還需驗(yàn)算其抗上浮要求。如圖3所示，施工安裝中保證底座肋條7頂面標(biāo)高與管道I底標(biāo)高一致，以及管道I中心線(xiàn)與箱涵結(jié)構(gòu)2中心線(xiàn)水平位置一致，即保證管道位于箱涵結(jié)構(gòu)2中心。在管溝開(kāi)挖后分段吊裝預(yù)制的U形底座4，各分段就位后，采用第三螺栓9進(jìn)行連接，各分段間縫隙不進(jìn)行防水處理，但應(yīng)防止土體進(jìn)入箱涵內(nèi)。在U形底座4安裝就緒后，即可進(jìn)行管道的敷設(shè)，完成后將蓋板3分段進(jìn)行吊裝，就位后與U形底座4利用第一螺栓8進(jìn)行連接，U形底座4與蓋板3間縫隙不進(jìn)行防水處理，但應(yīng)防止土體進(jìn)入箱涵內(nèi)。之后進(jìn)行上覆土回填。權(quán)利要求1.一種軟土中管道抗上浮的箱涵結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的箱涵結(jié)構(gòu)(2)包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的U形底座(4)、與多個(gè)U形底座(4)相應(yīng)個(gè)數(shù)的蓋板(3)和兩塊側(cè)板(11) ;U形底座(4)底部表面沿軸向設(shè)有多條底座肋條(7)，蓋板(3)下表面沿軸向也設(shè)有多條蓋板肋條(6)，管道⑴安裝在蓋板肋條(6)和底座肋條(7)之間，U形底座(4)和蓋板(3)用第一螺栓(8)連成一體，兩塊側(cè)板(11)分別通過(guò)第二螺栓(14)與箱涵結(jié)構(gòu)(2)兩端的U形底座(4)側(cè)面連接。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軟土中管道抗上浮的箱涵結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的兩塊側(cè)板(11)均由上半側(cè)板(12)和下半側(cè)板(13)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種軟土中管道抗上浮的箱涵結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的箱涵結(jié)構(gòu)(2)包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的U形底座(4)、與多個(gè)U形底座(4)相應(yīng)個(gè)數(shù)的蓋板(3)和兩塊側(cè)板(11)；U形底座(4)底部表面沿軸向設(shè)有多條底座肋條(7)，蓋板(3)下表面沿軸向也設(shè)有多條蓋板肋條(6)，管道(1)安裝在蓋板肋條(6)和底座肋條(7)之間，U形底座(4)和蓋板(3)用第一螺栓(8)連成一體，兩塊側(cè)板(11)分別通過(guò)第二螺栓(14)與箱涵結(jié)構(gòu)(2)兩端的U形底座(4)側(cè)面連接。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱斌，倪偉杰，周建，陳仁朋，陳云敏，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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