一种内部充有液体的立柱制造技术

一种内部充有液体的立柱为支撑用的立柱。其内部是中空的，充满有一定压力的液体，使之作为立柱使用的管型材料其支撑强度有所提高和立柱顶端受力的均匀分布，与实心立柱比较其重量轻。同时较少了刚才和水泥的用量。它的基本原理是通过液体对立柱空腔的胀力转化为支撑力。考虑到立柱外壳和内置液体的热膨胀系数的不同，影响液体在立柱内所具有压力的稳定性。在立柱的空腔内设置了可压缩物，来弥补由于环境温度的影响，使立柱内出现过高的压力或真空所造成的负压。密封盖板是为了方便可压缩物的置入，阀是为了方便液体的注入和检修。压力表是为了便于观察内部液体的压力。在立柱的上部设置可关闭的排气孔，是为了不让立柱内有气体存在。

A column filled with liquid

【技术实现步骤摘要】
一种内部充有液体的立柱
本技术属于建筑
，特别是涉及一种内部充有液体的立柱。
技术介绍
立柱作为建筑方面不可缺少的构件之一。对于高层建筑、厂房和一些公共建筑来说，采用立柱作为建筑物的构件是最为常见的。就立柱本身来讲，其制作的常用手段是各种截面的钢质型材，或由各种截面的钢质型材组成的适合需要的立柱，以及由钢筋和混凝土构成的立柱。这些立柱的截面不同，除了满足美观性外，其最主要的目的就是在满足功能性要求的基础上，节省材料的使用和建筑物的使用空间最大化。如采用钢材作为建筑物的立柱时，人们的选择之一可能是钢管而不是实心的钢柱。其原因如下。如图3所示，当D/d=0.7时，D为管的外径，d为管的内径。管形截面的z轴惯性矩Iz为实心钢柱的z轴惯性矩Iz的80%，但所使用的材料仅为实心钢柱的二分之一。惯性矩为杆类物体抗弯和稳定性的重要因数指标，它的值越大其抗弯能力和稳定能力越高。对于立柱的上端承受载荷时的能力，欧拉公式表述如下：Fcr=π²EI/(μl)(1)；其中：Fcr——临界载荷；π——圆周率；E——弹性模量；I——惯性矩；μ——泊松比；l——立柱的长度。从公式（1）中可以看出，惯性矩I的值与临界载荷Fcr成正比，惯性矩I值的增大有利于提高立柱的承载能力。就钢管来说，同一直径的立柱，用料50%的钢管的稳定性可以达到实心柱的80%。钢管作为立柱存在一个问题，尽管从惯性矩的角度看它即满足了稳度的要求，但从抗压的角度讲，钢管做支撑构件其承载力过于集中于管壁上容易使管壁局部变形，因而导致连续性的变形。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种内部充有液体的立柱。在立柱的内部充满有液体，这个液体承受有一定的压力，因为液体容器内的压力是均匀分布于四周的。这样做的好处是可以让承载端所承受的压力均匀分布与立柱的承载端面上，当立柱的壁受到均匀的胀力后，壁就不太容易因压力过度集中于壁厚的截面上而使得立柱的壁产生变形。从而提高立柱的承载能力。液体的充填比较方便，空心的构件可以在工厂加工好后运输到使用地点，且可以达到标准式的模块化设计制造。如果立柱是实心的，其抗压能力和立柱的稳度都会优于内部充满有液体的立柱，但从经济的角度来讲，实心的立柱是不划算的，从使用的角度讲实心立柱的重量也太重，且实心立柱的稳度增加的效果不明显。与混凝土结构相比较，具有能环保和高效的优点。就稳度来讲，立柱稳度的基本原理是，立柱顶端所承受压力乘以立柱弹性弯曲的偏离支点的允许变形所产生的力矩与可恢复的弹性力矩相平衡，而得出临界压力被确定为支柱稳度所要求所允许的临界压力。如果立柱顶端承受了液体的反力，那么就减轻了支柱的所承受的压力。也就是说，充有液体的立柱可以承受更大的临界压力。提高了立柱的稳度。因为，来自立柱内的压力是液体产生的主动反力，不是因空心立柱的惯性矩产生的。本专利技术作为建筑物的一个主要构件，涉及到环境温度影响的问题。为了保证立柱内的液体有足够的压力，而提高立柱的支撑力和较均匀地分布于柱的顶端，以及提高立柱的稳度，要求液体的线膨胀率与坚硬的外壳的线膨胀率相同。否则将造成立柱内的液体可能由环境于温度的升高产生的过度的膨胀，使得立柱内的液体压力过高，或者由于环境温度的过低，导致液体过度的收缩，使得立柱内出现真空空隙，造成立柱内产生负压，不能起到提高立柱顶部承载能力和承载能力较地均匀分布以及提高立柱的稳度。要达到立柱内液体的膨胀率与外壳材质的膨胀率要求相同的事，是不太容易做到的，那么就要需要采取一些措施解决这个问题。图5为一些材料的物理特性的参数表，碳钢的弹性模量和橡胶的弹性模量不是一个数量级的。在一个设定的压力情况下，可以根据下述公式得出：公式：-ΔV/Vօ=[P3(1-2μ)]/E，在压力P的作用下，碳钢的体积变化比为：-ΔV/Vօ-T=[P3(1-2x0.26)]/2x105=0.72x10-5P(2)；其中：根据图5，μ取0.26，E取2x105MPa；橡胶的的体积变化比为：-ΔV/Vօ-x=[P3(1-2x0.47)]/7.84=0.23x10-1P(3)；其中：根据图5，μ取0.47，E取7.84MPa；显然，橡胶是很容易被压缩的。就液体而言其受压力而体积发生缩小在通常的情况下也是可以忽略不记的，除非在受到爆炸力的作用下才予以考虑。上述的论述是为了解决由于温度的变化使液体的体积在高温时过度膨胀和在低温时过度收缩的情况。如果在充有液体的钢柱内放置一定量的橡胶，当温度升高时，由于液体的体积增大，其增大部分通过压缩橡胶的体积来吸收；当温度降低时，由于液体的体积缩小，其缩小部分通过被压缩橡胶的弹性膨胀来弥补。现在来看一下温度对液体体积变化的影响。水的体胀系数为：0.208x10-3（1/℃），20℃的值；酒精的体胀系数为：1.08x10-3（1/℃），20℃的值；乙二醇的体胀系数为：0.57x10-3（1/℃），20℃的值；A3钢的热膨胀系数：0.032x10-3（1/℃）；硅橡胶的膨胀系数：0.53~0.93x10-3（1/℃），取0.73x10-3（1/℃）；从图6中可以看出，冰点-32℃时的防冻液其水和乙二醇的体积比为各占50%,它的体胀系数为水和乙二醇的体胀系数的平均值折算为：0.39x10-3（1/℃），20℃的值；根据公式：Vt=V0(1+βt)，得出：（Vt-V0）/V0=βt（4），其中：β—体胀系数，V0—温度变化前的体积，Vt—温度变化后的体积，t—温度变化值，（Vt-V0）/V0—体积变化比。温度变化t值后，情况如下：钢的体积变化比：0.032x10-3t；冰点-32℃时的防冻液的体积变化比：0.57x10-3（1/℃）t；硅橡胶的体积变化比：0.73x10-3t。显然，随温度变化而体积也发生变化量的大小，橡胶最大，冰点-32℃时的防冻液次之，A3钢最小，但还是有差别的，这种差别反应在液体的体积和立柱空腔体积的变化差，而导致立柱内应力的变化。如果温度发生较大的降低时，立柱内充满防冻剂和加有一定量的硅橡胶时，硅橡胶和防冻剂体积的变化将使得立柱内的空腔会出现局部真空状态。这时，立柱在负压的作用下其支撑强度不但没增大反倒减小，这是不能被允许的。反之，当温度升高时硅橡胶和防冻剂膨胀速度高于A3钢，立柱内部将受到过度的膨胀压力。但问题在于硅橡胶在受压时体积变化率非常大，在压力变化不大的情况下就可以弥补温度的影响带来的体积的变化。防止立柱内真空状态的出现或温度过高內胀力过分增大影响立柱的强度。根据算式（4）计算，冰点-32℃的防冻液由-32℃~35℃的体积变比为：38.19x10-3。硅橡胶发生体积变比为.38.19x10-3的压力变化由算式（3）得出：0.23x10-1P=.38.19x10-3（5）由算式（3）得出：P=1.66x10-4（MPa）=166（Pa）；也就是说，对于同体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部充有液体的立柱，包括：立柱（1）和液体（2）；其特征在于：/n所述的立柱（1）的中部为空腔，其外壳为固体材料；立柱（1）上开设有孔；液体（2）从所开设孔注入到立柱（1）的空腔内，注满且使得液体（2）立柱（1）的空腔内产生一个设定的压力；然后将所开设有孔封堵；/n所述的立柱（1）上装设有可关闭的排气孔，用于排放立柱（1）的空腔内存在的气体；当立柱（1）内的气体全部排除后排气孔关闭；所述的立柱（1）和液体（2）材料的热膨胀系数相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种内部充有液体的立柱，包括：立柱（1）和液体（2）；其特征在于：
所述的立柱（1）的中部为空腔，其外壳为固体材料；立柱（1）上开设有孔；液体（2）从所开设孔注入到立柱（1）的空腔内，注满且使得液体（2）立柱（1）的空腔内产生一个设定的压力；然后将所开设有孔封堵；
所述的立柱（1）上装设有可关闭的排气孔，用于排放立柱（1）的空腔内存在的气体；当立柱（1）内的气体全部排除后排气孔关闭；所述的立柱（1）和液体（2）材料的热膨胀系数相同。


2.根据权利要求1所述的一种内部充有液体的立柱，其特征在于：所述的立柱（1）和液体（2）材料的热膨胀系数相同。


3.根据权利要求1所述的一种内部充有液体的立柱，其特征在于：在立柱（1）上注入液体（2）的孔的外部与第一阀门（3）的一个导孔密封连接。


4.根据权利要求1所述的一种内部充有液体的立柱，其特征在于：在立柱（1）的壁上开设有孔，用于连接压力表（8）。


5.根据权利要求1所述的一种内部充有液体的立柱，其特征在于：在立柱（1）上连接有塞体（9），塞体（9）的一端在立柱（1）的空腔内，另一端在立柱（1）的外部；调整塞体（9）的外部，塞体（9）置入立...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，
申请(专利权)人：沈阳人和机电工程设备有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁;21