[发明专利]一种适用于宽温度范围的组合结构和制作方法

说明书

一种适用于宽温度范围的组合结构和制作方法。方法包含制作包围有空腔的A部分；将B部分材料充填到所述空腔中，所述B部分材料是可凝固材料，在向空腔中充填时材料处在可流动状态；安装加压系统，或者，安装加压系统与储能系统；利用加压系统，或者利用加压系统与储能系统，对空腔中的B部分材料施加一个压力作用过程。结构包括A、B、C三部分：A部分用固体材料制作，包围的空间是空腔；B部分是水泥基材料，充填在A部分包围着的空腔中，在空腔中发生水化，在水化过程中受到设计的压力历史的作用；C部分是一个或多个空间区域，它们都处在空腔之内，正在或曾经被加压装置、储能装置或加压材料占据。

技术领域

本发明涉及建筑、桥梁、机械领域，具体涉及组合结构。

背景技术

钢管混凝土组合结构中的混凝土会收缩，这会使得混凝土与钢管内壁之间出现分离，影响二者之间的协同工作，进而影响组合结构的力学性能。

在现有文献中，解决这个问题有两大类方法，第一类是改变混凝土材料的收缩特性，尽可能降低收缩量，或者让材料膨胀。这种类方法与本发明无关，不做赘述。

第二类方法是在混凝土充填到钢管内之后，对之施加压力。施加压力的方法有以下三种。

第一种加压方法是，在组合结构的钢管上安装一个细管子，此细管子与钢管之外的加压装置相连，加压装置对细管子内部的混凝土施加压力，当混凝土有足够的强度之后锯掉含有混凝土的细管子。在混凝土处在流动状态时，如果钢管内部混凝土发生收缩，加压装置会把细管子中的混凝土挤入钢管内部，填补混凝土收缩掉的体积。当混凝土具有强度之后，钢管内的混凝土还会收缩，由于混凝土不能流动，细管子中的混凝土无法进入钢管内部去填补混凝土的收缩体积；这将造成钢管作用到混凝土侧面上的压力降低，甚至还会造成混凝土与钢管内表面分离。

第二种加压方法是：组合结构的钢管有两节，一节粗一节细，粗的套在细的外面。当钢管内充填完混凝土之后，把两节钢管套在一起，用压力机沿着轴向它们施加压力，两节管子沿着轴向发生相对滑动，同时对钢管内的混凝土也施加了压力。当压力达到要求之后，把两节钢管联接在一起，它们不能发生相对移动。混凝土在凝固之前和凝固之后都发生体积收缩。这种方法存在的问题是，当两节钢管固定在一起之后，混凝土还一直在收缩，混凝土收缩时钢管的切向拉应变随之减小，钢管施加到混凝土侧面的压力也会随之减小，甚至混凝土会与钢管内表面分离。

第三种加压方法是，在钢管混凝土的钢管两端都设置“大活塞”，“大活塞”的直径与钢管的内径基本相同，活塞可以在钢管内部沿着轴向移动。当用加载装置挤压两端的“活塞”时，“活塞”相向移动挤压钢管中的混凝土。维持施加到活塞上的压力，直到混凝土达到一定强度。这种方法存在的问题是，如果钢管的长径比(长度与直径之比)较长，其技术效果不太好。例如，取长径比为7(实际工程中多数情况下比这个数值要大)，当混凝土充填到钢管中之后，就对两端“活塞”施加一个恒力，直到混凝土达到足够的强度。由于混凝土在凝固之后，甚至在具有一定的强度之后，还会发生收缩，而这时由于混凝土具有的强度，以及它与钢管内壁之间的粘结力和摩擦力都可以抵消或削减活塞的压力，使得钢管长度方向中部的混凝土的轴向压应力要小于两端的轴向压应力，长径比越大，钢管中部混凝土的轴向压应力越小。长度方向中部的混凝土的径向压应力也会随着混凝土的收缩而减小，如果钢管直径较大，甚至还会出现混凝土与钢管的脱离。

上述三类方法的共同问题是，当混凝土凝固之后，混凝土在钢管内的移动和变形都受到钢管的限制。在凝固之后的一段时间内，混凝土的收缩还在进行，这时的外部压力不能使混凝土发生自由流动。由于与钢管之间存在摩擦力，混凝土的应力场、应变场都不是均匀的。在距离外部压力作用位置较远的地方，混凝土受到的压应力在三个方向都会小很多，甚至径向压力接近于0，或者混凝土与钢管分离。

高强混凝土(HC)、超高强混凝土(UHC)、活性粉末混凝土(RPC)受到高温作用时会发生爆裂。一些试验表明当温度达到320℃时，RPC就开始爆裂。

发明内容

(一)要解决的技术问题