组合结构及其制作方法技术

一种高承载力组合结构，包括A部分和B部分。A部分有空腔，B部分为充填在空腔中的可凝固材料，凝固过程中受到压力的作用。B部分包括B1部分和B2部分，B1材料为水泥基材料，B2材料为可凝固材料，B2材料比B1材料具有相对高流动性。设置有内置或/和外置体积补偿装置。当B1和/或B2材料发生收缩并且B2材料具有流动性时，内置体积补偿装置发生膨胀，或者，外置体积补偿装置向空腔内部的B2材料区域挤入流动、半流动的可凝固材料或固体材料。体积补偿装置填补收缩掉的体积，维持空腔内部B2材料的压力，进而维持B1材料的压力。优选地，B2材料的可流动时间大于B1材料的到达收缩转折点的时间，压力维持的时间至少超过B1材料的收缩转折点出现的时间。

Composite structure and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
组合结构及其制作方法
本专利技术涉及建筑、桥梁领域，具体涉及组合结构及其制作方法。
技术介绍
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。这种类方法与本专利技术无关，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两种。第一种加压方法是，在组合结构的钢管端部附近安装一个细管子，此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。但是，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，进而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。这种方法也存在不足。混凝土在凝固之前和凝固之后都发生体积收缩。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，在钢管的两端都设置|“活塞”，“活塞”可以在钢管内部沿着轴向移动。当对钢管内部的混凝土进行挤压时，用加载装置挤压两个“活塞”，“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。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题水泥在凝结硬化的过程中，会发生化学收缩，即，水化后的绝对体积小于水化前的水和其它参与水化的各种成分的体积之和。在钢管混凝土组合结构中，钢管内部的混凝土的体积收缩，经常会导致混凝土与钢管内壁不能充分接触，甚至造成分离，这使得钢管和混凝土不能很好地协同工作。高强混凝土、超高强混凝土以及活性粉末混凝土，由于其中的水泥和活性掺料较多，硬化过程中体积收缩量更大，钢管与之不能协同工作表现的更为严重。水泥石的强度与水泥石中的空隙有关，空隙越少强度越高。在水泥凝结硬化过程中，让水泥充分收缩或被压缩有助于降低水泥石中的空隙，提高水泥石的强度。水泥砂浆、混凝土的强度都与其中的水泥石的强度有关，水泥石的强度越高，相应材料的强度也越高。活性粉末混凝土中基体材料是水泥、硅灰、石英粉等与水的混合物，其水化后的产物虽然与传统的水泥石的成分不同，但其强度同样与其中的空隙含量相关，空隙越低，强度越高。水泥石、水泥砂浆、混凝土、活性粉末混凝土的轴向强度都与其侧向压应力有关，侧向压应力越大，强度越高。本专利技术要解决的问题是：(1)提高组合结构中水泥基材料的单轴抗压强度；(2)提高水泥基材料的三轴强度，包括提高侧压力和内摩擦角；(3)提高水泥基材料与钢管内壁之间的抗剪能力，以便让水泥基材料与钢管能够充分地协同工作。技术路线是，对于类似于钢管混凝土的组合结构，当水泥基材料完全充填到空腔之后，对水泥基材料施加净水压力。为了获得好的效果，施加静水压力的过程开始的时间要尽可能地早，持续的时间要尽可能地长，另外，施加的压力也要尽可能地大。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术提出了以下的技术方案。一种组合结构，包括A部分和B部分；其中，所述A部分包围有空腔，所述B部分充填于所述空腔中，且所述B部分包括B1部分和B2部分。进一步的，所述B2部分至少充填于所述B1部分与A部分之间的空间中，和/或充填于所述B1部分的包围或部分包围的空间中。进一步的，所述组合结构至少满足以下其中之一：所述B2部分至少有一部分边界与A部分的内壁直接接触；所述B1部分至少有一部分边界与A部分的内壁直接接触；所述B1部分的至少一部分边界与所述B2部分的至少一部分边界直接接触；所述B1部分的至少一部分边界与所述B2部分的至少一部分边界被隔离装置分开。进一步的，所述组合结构还包括薄层材料，用于将所述B2部分的至少一部分边界与所述A部分的内壁分开，和/或，将所述B1部分的至少一部分边界与所述A部分的内壁分开；所述薄层材料包括缓凝减摩层或层状的隔离装置的延伸部分。进一步的，所述B1部分材料和B2部分材料均为可凝固材料；在所述B1部分材料和B2部分材料充填到所述空腔的过程中，所述B1和B2部分材料为可流动状态；在过了充填完成之后的某一时刻，所述B1和B2部分材料为凝固状态，且凝固过程在所述空腔内部完成。进一步的，在所述B1部分材料和B2部分材料都凝固之后，还受到预压应力或残留预压应力的作用；所述残留预压应力的含义是指，在B1和B2部分材料都凝固之后，B1和/或B2部分材料还会发生收缩，这时材料中原来的预压应力会变小，变小之后的预压应力就是所述残留预压应力。进一步的，在所述B1和/或B2部分的材料处在可流动状态阶段，在其中的一个时间段、或多个时间段、或全阶段，所述B1和B2部分材料都受到预压应力的作用；和/或在所述B1和/或B2部分材料的凝固过程中，在其中的一个时间段、或多个时间段、或全阶段，所述B1和B2部分材料都受到预压应力或残留预压应力的作用。进一步的，所述的组合结构还包括内置体积补偿装置，该装置位于所述空腔内部，用来对空腔中的B1和/或B2材料施加预压应力；当所述B1部分和/或所述B2部分的体积变化时，所述内置体积补偿装置还能够随之改变自身的体积，补偿B1部分和/或所述B2部分的体积变化。进一步的，所述内置体积补偿装置是，气囊，内置于空腔之内，被B2和/或B1材料所包围；和/或，液囊，内置于空腔之内，被B2和/或B1材料所包围；优选地，所述气囊或液囊被B2材料所包围。进一步的，当所述B1和B2材料达到一预定强度之后，如果所述内置体积补偿装置是气囊，则排掉其中的压缩气体，向气囊中充填满可凝固材料；如果所述内置体积补偿装置是液囊，则排掉其中的液体，向其中充填满可凝固材料。进一步的，所述的组合结构还包括加压活塞；所述加压活塞与活塞孔配套使用，所述活塞孔设置在A部分上，在孔中设置有密封圈，加压活塞安装在活塞孔中，活塞在其中能够滑动；如果加压活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合结构，包括A部分和B部分；其中，所述A部分包围有空腔，所述B部分充填于所述空腔中，且所述B部分包括B1部分和B2部分。

【技术特征摘要】
2018.03.27 CN 20181025488031.一种组合结构，包括A部分和B部分；其中，所述A部分包围有空腔，所述B部分充填于所述空腔中，且所述B部分包括B1部分和B2部分。2.根据权利要求1所述的组合结构，其特征是所述组合结构至少有以下一个特征：(1)所述B2部分至少有一部分边界与A部分的内壁直接接触，(2)所述B1部分至少有一部分边界与A部分的内壁直接接触，(3)所述B1部分的至少一部分边界与所述B2部分的至少一部分边界直接接触，(4)所述B1部分的至少一部分边界与所述B2部分的至少一部分边界被隔离装置分开。3.根据权利要求1或2所述的组合结构，其特征是，所述组合结构还包括薄层材料，将所述B2部分的至少一部分边界与所述A部分的内壁分开，和/或，将所述B1部分的至少一部分边界与所述A部分的内壁分开；所述薄层材料包括缓凝减摩层或层状的隔离装置的延伸部分。4.根据权利要求1所述的组合结构，其特征是，所述B1部分材料和B2部分材料均为可凝固材料；在所述B1部分材料和B2部分材料充填到所述空腔的过程中，所述B1和B2部分材料为可流动状态；在过了充填完成之后的某一时刻，所述B1和B2部分材料为凝固状态，且凝固过程在所述空腔内部完成。5.根据权利要求1或4所述的组合结构，其特征是，在所述B1部分材料和B2部分材料都凝固之后，还受到预压应力或残留预压应力的作用；所述残留预压应力的含义是，在B1和B2材料都凝固之后，B1和/或B2材料还会发生收缩，这时材料中原来的预压应力会变小，变小之后的预压应力就是所述残留预压应力。6.根据权利要求1或5所述的组合结构，还包括内置体积补偿装置，该装置位于所述空腔内部，用来对空腔中的B1和/或B2材料施加预压应力；当所述B1部分和/或所述B2部分的体积变化时，所述内置体积补偿装置还能够随之改变自身的体积，补偿B1部分和/或所述B2部分的体积变化。7.根据权利要求1或6所述的组合结构，其特征是，所述内置体积补偿装置是，气囊，内置于空腔之内，被B2和/或B1材料所包围；和/或，液囊，内置于空腔之内，被B2和/或B1材料所包围；优选地，所述气囊或液囊被B2材料所包围；当所述B1和B2材料达到足够的强度之后，如果所述内置体积补偿装置是气囊，则排掉其中的压缩气体，向气囊中充填满可凝固材料；如果所述内置体积补偿装置是液囊，则排掉其中的液体，向其中充填满可凝固材料。8.根据权利要求1或5所述的组合结构，还包括加压活塞；所述加压活塞与活塞孔配套使用，所述活塞孔设置在A部分上，在孔中设置有密封圈，加压活塞安装在活塞孔中，活塞在其中能够滑动；如果加压活塞插入到空腔中的B1和/或B2部分的区域中，则活塞挤压空腔中的B1和/或B2材料，使其压力升高；加压活塞是对空腔中的B1和/或B2材料施加预压应力的装置；当空腔中的所述B1和B2材料达到足够的强度之后，拆除加压活塞；优选地，直接从根部锯断活塞杆的外露部分。9.根据权利要求1至8之一所述的组合结构，还包括隔离装置，位于所述空腔中；隔离装置处在所述B1部分与B2部分之间；B1与B2部分之间有共同边界，和/或被隔离装置分开。10.根据权利要求1至9之一所述的组合结构，其中，所述A部分包括管子、及与所述管子连接的下封堵板和上封堵板。11.根据权利要求1所述组合结构，其中，所述组合结构具有一个轴线，以所述轴线为法线的所述组合结构的横截面是以下四种之一，I型截面、II型截面、III型截面、IV型截面；所述I型截面的其特征是，在该横截面上，B1材料的区域是单连通区域，该区域边界线的全部或绝大部分也是B2材料区域的内边界线，或者与B2内边界线只隔着一层隔离装置；在横截面上，B2材料区域处在B1部分与A部分之间；所述II型截面的特征是，在该截面上，B2部分是单连通区域，B2区域的边界线的全部或绝大部分，是B1区域的内边界线，或者与B1内边界线只隔着一层隔离装置；B1材料区域处在B2材料区域与A区域之间；优选地，在A部分与B1材料之间设置有缓凝减摩层；所述III型截面的特征是：截面上的核心区域是单连通区域，充填着B21材料；截面上B21材料区域的边界的全部或绝大部分与B1材料区域的某些边界重叠，或与之隔着一层隔离装置；B1材料区域的外边界的全部或绝大部分被B22材料区域包围着，B1材料区域与B22材料区域直接接触，或者二者之间存在一个隔离装置；B22材料区域处在B1材料区域与A部分区域之间；优选地，B21材料与B22材料是同一种材料；优选地，所述B1部分的区域和所述B22部分的区域均为环形区域；所述IV型截面的特征是，截面上空腔中的整个区域分割成B1和B2两个区域，两个区域分别都与A部分的内壁接触或与之隔着一个薄层材料，B1和B2区域之间有共同边界或被隔离装置分开。12.根据权利要求11所述组合结构，其中，在拥有III型截面的组合结构中，与所述B21部分对应的三维空间区域，和与B22部分对应的三维空间区域，在某些截面上是联通的或只隔着薄层材料。13.根据权利要求1所述组合结构，其中，还包括缓凝减摩层，设置在所述B1部分与所述A部分之间，用来减弱或消除二者界面上的剪应力；优选地，缓凝减摩层失去流动性的时刻，晚于B1材料的收缩转折点出现的时刻。14.根据权利要求1至13之一所述组合结构，其中，所述组合结构是受压构件，包括轴线为直线的柱状结构、轴线是曲线的拱形结构；优选地，所述柱状结构的截面是圆形、椭圆形、多边形。15.一种组合结构的制作方法，包括：制作包围有空腔的A部分；将B部分充填到所述空腔中并施加压力，包括：将B1部分和B2部分充填所述空腔中，对所述B1和/或B2部分施加压力。16.根据权利要求15所述的制作方法，其中，所述B2部分填充于所述B1部分与A部分之间的空间中；和/或，所述B2部分充填于被B1部分包围的或部分包围的空间中。17.根据权利要求15所述的制作方法，其中，所述B2部分至少有一部分边界与A部分的内壁直接接触，所述B1部分至少有一部分边界与A部分的内壁直接接触，所述B1部分的至少一部分边界与所述B2部分的至少一部分边界直接接触，所述B1部分的至少一部分边界与所述B2部分的至少一部分边界被隔离装置分开。18.根据权利要求15或17所述的制作方法，其特征是，所述组合结构还包括薄层材料，将所述B2部分的至少一部分边界与所述A部分的内壁分开，和/或，将所述B1部分的至少一部分边界与所述A部分的内壁分开；所述薄层材料包括缓凝减摩层或层状的隔离装置的延伸部分。19.根据权利要求15所述的制作方法，其中，所述A部分为固体材料，所述B部分为可凝固材料。20.根据权利要求15所述制作方法，其特征是，在向所述A部分包围的空腔中充填的过程中，所述B1和B2部分材料处于流动状态；过了充填完成之后的某一时刻，它们开始在所述空腔中凝固。21.根据权利要求15至20之一所述的制作方法，其中，所述组合结构是受压构件，包括轴线为直线的柱状结构、轴线是曲线的拱形结构。22.根据权利要求15所述的制作方法，其中，制作包围有空腔的A部分，包括：提供管子、下封堵板及上封堵板；将所述下封堵板连接在所述管子下端，及将所述上封堵板连接在所述管子上端，完成所述包围有空腔的A部分的制作；优选的，所述管子是钢管。23.根据权利要求22所述的制作方法，其中，在将所述下封堵板连接在所述管子下端之前，和/或，将所述上封堵板连接在所述管子上端之前，还包括：将隔离装置安装至所述管子内。24.根据权利要求23所述的制作方法，其中，所述隔离装置是以下之一：两端通透的筒状结构，两端没有任何遮挡物；一端封闭、另一端没有任何遮挡物的筒状结构；一端封闭的筒状结构，另一端有部分遮挡，但留有开口。25.根据权利要求15、23或24所述的制作方法，其中，所述隔离装置是以下之一：由不透水的、具有一定刚度的板材制成，板材的材料是金属、高分子材料或复合材料等；由不透水的、具有一定刚度的板材制成，板材上设置有空洞或缝隙，板材的材料是金属、高分子材料或复合材料；由不透水的柔性薄膜制成；由透水的柔性编织物制成；由透水的、具有一定刚度的网状材料制成；由具有一定刚度的网状材料与不透水的柔性薄膜或透水的柔性编织物共同制成；网状材料做骨架，薄膜或编织物固定在网状材料上。26.根据权利要求15至20之一所述的制作方法，其中，所述B1部分、B2部分材料至少具有以下特性之一：(1)从所述B1部分、B2部分充填到所述空腔开始，到所述B1部分材料的强度达到最终强度为止，在这个过程中的一段时间、或多段时间、或整个过程中所述B2部分材料比所述B1部分材料具有相对高流动性；(2)在所述B1部分、B2部分材料充填到所述空腔之后，从所述B1部分材料具有静态抗剪强度开始，到其静态抗剪强度达到一中间强度为止，所述B2部分材料比所述B1部分材料具有相对高流动性；所述中间强度为最终静态强度的10％或20％或30％或40％或50％或60％或70％或80％或90％或95％或98％；(3)在所述B1部分、B2部分材料充填到所述空腔之后，从B1部分材料刚具有静态抗剪强度开始，到体积收缩转折点出现为止，至少在这个过程中B2部分材料比B1部分材料具有相对高流动性；或者，在所述B1部分、B2部分材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，
申请(专利权)人：王哲，
类型：发明
国别省市：北京,11