一种可视化的钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注试验装置技术领域
本发明涉及一种钢管混凝土管内混凝土灌注试验装置，具体涉及一种可视化的钢
管混凝土拱桥管内混凝土灌注试验装置。
背景技术
混凝土灌注是钢管混凝土拱桥施工的重要环节。目前，管内混凝土均采取从拱脚
至拱顶连续泵送或分段隔仓连续泵送的灌注工艺，但在实际施工中经常出现泵管堵塞、爆
管、管内混凝土局部区域不密实等问题，尤其是在法兰盘连接和拱顶上缘区段等部位，导致
钢管混凝土拱桥实际受力与理论计算的不符，削弱桥梁的承载能力和使用寿命。
国内开展的管内混凝土灌注试验，均采用钢管，灌注质量检测主要采用人工敲击、
超声波探测、光纤检测等手段，不能直接观察到混凝土在管内的流动规律和密实度。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种新的钢管混凝土拱桥
管内混凝土灌注试验装置，旨在解决目前钢管混凝土管内混凝土灌注试验中，无法目视到
管内混凝土流动情况及混凝土灌注到内法兰、栓钉、环形加劲肋等复杂部位时的流动状况
的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种可视化的钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注试验装置，包括用于替代钢管的灌
注管、用于支撑该灌注管的支撑件，所述灌注管上设有灌注口和排浆口，所述灌注管由若干
节段串联拼接而成，各节段之间利用内法兰连接，所述灌注管上设有用于模拟环形加劲肋
的加劲环板，所述灌注管的管壁上设有用于模拟剪力钉的栓钉，所述灌注管采用能够实时
观察灌注管内混凝土流动状况的透明材料制成。
进一步，所述内法兰及加劲环板均采用透明材料制成。
进一步，所述透明材料为有机透明玻璃。
进一步，灌注管与内法兰之间利用全透明亚克力塑料胶水连接。
进一步，所述灌注管的管壁上设有若干用于安装栓钉的预留孔，该栓钉一端穿过
预留孔伸入灌注管内。
进一步，所述灌注口高于排浆口使得混凝土在灌注管内自上而下灌注。
进一步，所述灌注管外壁粘贴有应变片，所述灌注管内设有温度传感器，所述灌注
管底部设有压力传感器。
进一步，所述灌注管外布置有用于观测灌注管内混凝土灌注状况的高清摄像系
统，该摄像系统包括若干沿灌注管纵向布置的整体摄像头及沿灌注管环向布置的局部摄像
头。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明的可视化的钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注试验装置，通过采用透明材料
制作灌注管，可实时观察到灌注试验时，管内混凝土的流动状况并且能够实时观察到内法
兰盘、栓钉、加劲环板等复杂部位对管内混凝土流动状况的影响，为实际工程提供参考。
附图说明
图1为发明的结构示意图；
图2为图1中第一节段的结构示意图；
图3为图1中第二节段的结构示意图；
图4为图1中第三节段的结构示意图；
图5为图2的局部放大视图；
图6为图1中内法兰的结构示意图；
图7为图6中内法兰的横断面图；
图8为图6中法兰圈板的构造图；
图9为环向应力测试断面及摄像系统布置示意图；
图10为图9中环向应力测试断面上应变片的布置示意图；
图11为图9中摄像系统的环向分布图。
其中，1－灌注管、3－出浆导管、4－温度传感器、5－应变片、7－压力传感器、11－
第一节段、12－第二节段、13－第三节段、14－内法兰、15－栓钉、16－加劲环板、17－法兰
圈板、18－灌注口、19－排浆口、21－混凝土墩、51－环向应力测试断面、61－整体摄像头、
62－局部摄像头、111－弯曲段、112－直筒段、113－螺栓耳、114－外螺栓。
具体实施方式
本发明的为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案。
本发明的可视化的钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注试验装置，参见图1，包括用于
替代钢管的灌注管1、用于支撑该灌注管1的支撑件，灌注管1上设有灌注口18和排浆口19，
该灌注管1由若干节段串联拼接而成，各节段之间利用内法兰14连接，灌注管1上设有用于
模拟环形加劲肋的加劲环板16，灌注管1的管壁上设有用于模拟剪力钉的栓钉15，该灌注管
1采用能够实时观察灌注管内混凝土流动状况的透明材料制成，该内法兰14和加劲环板16
也采用透明材料制成。本实施例中，该透明材料为有机透明玻璃，参见图6、图7、图8，内法兰
14外设有用于避免内法兰14处漏浆的法兰圈板17，该法兰圈板17由两个半圈板构成，该法
兰圈板17也采用有机玻璃。
本实施例中，灌入灌注管1的混凝土采用微膨胀自密实混凝土，能够使得混凝土在
灌注过程中免于振捣并在凝固后发生一定的膨胀，从而弥补了混凝土的收缩且便于施工。
本实施例中，该灌注管1的直径为800mm，管壁厚度为12mm，参见图2～图5，该灌注
管1由三个节段构成，即第一节段11、第二节段12和第三节段13，每个节段之间用内法兰14
连接，灌注管1的总长为37.488m，即长于30m；而支撑件由混凝土墩21和用于支撑该灌注管1
的支架(图中未示出)构成，灌注管1的一端锚固在混凝土墩21内，此时，灌注管1锚固的一端
即为拱桥中的拱脚部位，使得灌注管1的三个节段为实际工程实践中斜率最大的三个管段，
而该支架可避免灌注管处于悬臂状态，使得灌注管被更稳定可靠的固定。
实验时，利用混凝土输送泵向灌注口18内泵入混凝土，经排浆口19排出；然后持续
灌注，使得灌注管内的混凝土更为密实。整过试验过程，均可透过有透明材料制成的灌注管
观察管内混凝土流动状况，能够直接的观察到内法兰14、栓钉15、加劲环板16等复杂部位对
管内混凝土流动状况的影响，使得试验结果更为直观；而内法兰14、加劲环板16等均采用有
透明材料，可使得内法兰14和加劲环板16等复杂部位周围混凝土的流动状况更为直观清
楚。
由于有机玻璃不具备钢材所具备的优异的焊接性能，灌注管1和内法兰14之间无
法采用常规的焊接方式进行连接，为克服此问题，本发明中，灌注管1与内法兰14之间利用
全透明亚克力塑料胶水连接。
由于工程实践中的剪力钉通常采用钢材，剪力钉通过焊接或螺纹连接的方式固定
在钢管的管壁上，但是利用有机玻璃很难加工出与剪力钉形状相同的栓钉，更难加工出设
有外螺纹的栓钉，且有机玻璃无法焊接，为克服栓钉的加工和安装问题，本发明中，栓钉15
采用不锈钢制成，灌注管1的管壁上设有若干用于安装栓钉15的预留孔，该栓钉15一端穿过
预留孔伸入灌注管1内，为固定该栓钉15，在栓钉15上配合设置螺母，该螺母位于灌注管1
内，并在栓钉15与预留孔之间填充亚克力塑料胶水，能够避免预留孔处漏浆。
对于钢管混凝土拱桥，且钢管的直径通常不小于600mm，且长度也很长，各节段均
无法整体制造，各节段通常由若干预制段串联拼接而成，本实施例中，三个节段均由预制段
拼接而成，每个预制段的长度不超过2m，每个预制段的端面均设有用于安装螺栓114的螺栓
耳113，每个节段上相邻的预制段之间利用螺栓114连接，与实际钢管混凝土拱桥钢管连接
方式保持一致；而加劲环板16上设有用于穿过该螺栓114的通孔，使得加劲环板16压紧在相
邻预制段之间，加劲环板16也采用有机玻璃，使得观察更为直观。本发明中采用利用直代曲
的方式模拟拱圈曲线，预制段分为呈弯折筒状的弯曲段111及呈直筒状的直筒段112，该弯
曲段111位于其所在节段的中部位置，这样能够保证内法兰14处于直线段，从而保证接头尺
寸一致，大大减小了由于尺寸加工误差而导致的安装问题，同时，直线方式的接头能够保证
内法兰14外的法兰圈板17安装后的密闭性。
作为上述方案的改进，灌注口18高于排浆口19使得混凝土在灌注管1内自上而下
灌注。这种设置方式使得本发明能够验证自上而下的灌注方式的可行性，具有为工程实践
提供一种更优异的灌注工艺的可能性。具体的，灌注口18设置在位于该灌注管1上远离混凝
土墩21的一端，排浆口19设置在灌注管1上邻近混凝土墩21的位置，且排浆口19处还设有出
浆导管3，该出浆导管3竖直设置。实验时，利用混凝土输送泵向灌注口18内泵入混凝土，在
重力作用下的混凝土在灌注管1内自上而下流动后，依次经排浆口19和出浆导管3排出。
作为上述方案的改进，参见图7、图9、图10，灌注管1外壁粘贴有应变片5，灌注管1
内设有温度传感器4，灌注管1底部设有压力传感器7。具体的，每个节段中间位置设有一个
环向应力测试断面51，每个环向应力测试断面上设有4个应变片5，能够更准确的检测到灌
注过程中灌注管1管壁环向应力；每个节段的管壁内布置一个温度传感器4，每个内法兰14
处布置一个温度传感器4，以检测管内各处混凝土的温度，试验时应避免该温度传感器4直
接被阳光照射，使得所测得的温度数据更为精确；该压力传感器7灌注管1底部，能够检测管
内的混凝土压力。
作为上述方案的改进，参见图11，灌注管1外布置有用于观察灌注管1内混凝土灌
注状况的高清摄像系统。该摄像系统包括若干沿灌注罐1纵向布置的整体摄像头61及沿灌
注罐1环向布置的局部摄像头62。在具体实施过程中，可将整体摄像头61设置在距离灌注管
1距离相对较远的位置，将局部摄像头62设置在距离灌注管1距离相对较近的位置，这种布
置方式能够更为精确的观察到管内混凝土的流动状况，减少了观测死角。本实施例中，整体
摄像头61与灌注管轴线的距离为2m，该局部摄像头62与灌注管轴线的距离为1m，进一步减
少了观测死角。
在具体实施过程中，可在实验现场设置用于显示摄像数据的显示器；也可利用现
有技术将摄像头的摄像数据、温度传感器4对应的温度数据、压力传感器7对应的压力数据
及应变片5对应的应力变化数据的传送至控制台并保存，再将该数据传送至随身携带的移
动终端上，无需一直呆在实验现场观察，即可随时观测实验，使用更为方便。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较
佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技
术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本
发明的权利要求范围当中。