[發明專利]一種高剛度承壓、抗彎曲桿件制造方法

有效

• 申請號: 201310563132.0
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103541497A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 任樹義
• 申請（專利權）人: 任樹義
• 主分類號: E04C3/28
• 分類號: E04C3/28;E04C3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高剛度承壓桿件制造方法，屬于抗壓及抗彎曲材料的力學材料應用技術領域。

背景技術

現有的力學材料應用領域中抗壓及抗彎曲力材料的受力方式是承受壓應力，此類結構在承受大跨度的壓力及彎曲應力時隨受力結構高度及跨度增大材料的消耗量呈幾何基數增加(高度或跨度增加一倍材料的消耗量增加三倍以上)，因此現有的材料力學領域中承受抗壓及抗彎曲力結構的材料消耗量都是極大的，進而導致此類結構的造價極高。

發明內容

本發明改變了抗壓及抗彎曲材料的受力方式使材料在結構中承力方式由受壓改為受拉，這樣的結構材料消耗量是線性增加的(隨受力結構高度及跨度增大材料的消耗量正比例增加)。可呈大基數地降低20米以上高度及跨度抗壓及抗彎曲力學結構材料的消耗量。進而大比例地降低此類結構的造價。

這種高剛度承壓桿件制造方法，其特征在于：在封閉式管件內填充高壓流體或固體。

所述的高壓流體為輕質油類等液體或氣體；管件內填充的固體熱膨脹系數與管件外壁的熱膨脹系數相同。

舉例所述鋼管材料為鋼絲繩鋼材。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1為鋼管外壁受力圖；

圖2為鋼管內壁受力圖。

具體實施方式

下面結合圖示說明本發明的設計及利用：(圖1)中M為一根φ60×5mm、材質為由制作鋼絲繩鋼材制作的無縫鋼管，抗拉強度為1870MPa的鋼絲繩鋼材最大承拉能力約190.8公斤/平方毫米左右。現將管內充滿高壓流體(如輕質油類)后永久封閉。這時此鋼管外壁的受力狀態為沿鋼管周向的拉應力及沿鋼管徑向的拉應力，力學分析可知此時鋼管所能夠承受內部高壓流體最大壓力的能力取決于鋼管能夠承受周向的最大拉應力的能力。此時沿鋼管徑向的拉應力約為周向拉應力的45％。

取1厘米長度鋼管分析無縫鋼管M的受力狀態(圖2)：在管內高壓流體的作用下通過圓心O兩側鋼管的外壁承受拉力為鋼管最大受力面，此時鋼管兩側管壁截面積之和為1平方厘米；按鋼絲繩鋼材的承拉能力約190.8公斤/平方毫米計鋼管兩側管壁周向的最大承拉能力之和為19080公斤(即通過圖2圓心O的直徑上方或下方1厘米長度鋼管在兩側管壁上的反作用力FG之和為19080公斤)；此時管內通過圓心O點1厘米長度鋼管內的流體截面積為5平方厘米；因此在不考慮安全系數的前提下此鋼管的最大承壓能力約為3816公斤/平方厘米(此時管內通過圖2圓心O的直徑上方或下方1厘米長度鋼管的作用力FY之和為19080公斤)。此時鋼管內高壓流體的截面積是直徑為5厘米的圓其面積為19.625平方厘米；此時由于鋼管內高壓流體的作用使鋼管兩端將產生74889公斤的反方向拉應力F及F1(圖1)。

當鋼管M垂直立于穩定的基礎之上時管內高壓流體的頂力F即成為一個作用在鋼管中心垂直向上的拉力，根據簡單的力學原理可知當鋼管M的總重量W不大于向上的拉力F時鋼管M是不會產生彎曲等剛性不穩定現象的(不考慮管內高壓流體的重量)。

φ60×5mm鋼管的重量約為6.8公斤/米，當鋼管的長度為11013米時鋼管重量W約與垂直向上的拉力F相當，因此在不考慮管內高壓流體重量及外力影響的前提下鋼管M在下部基礎穩定時獨自最大直立高度H為11013米以上，此時鋼管M不會產生彎曲及剛性不穩定現象。而采用由下至上桿件截面積逐漸縮小的設計10000米以上高的建筑理論上是可行的。

本鋼管在垂直固定于地面時(圖1)。當鋼管受外力彎曲時鋼管頂部中心點A1相應偏離鋼管底部中心點A同時鋼管垂直高度降低，此時在鋼管頂部載荷及自身重量W之和小于頂部拉力F時將鋼管自身將產生一個垂直指向鋼管(直立時)中心線的分力，此分力在鋼管所受的外力未達到材料的破壞應力前彎曲變形越大其數值也越大，此分力的結果是鋼管彎曲變形越大其自身產生的抗彎曲力矩越大反變形(抗變形)能力越強，這一能力是本設計桿件的固有特性在鋼管的高度達到一定數值后與鋼管材料自身的剛度幾乎無關。

本鋼管水平放置在大跨度支撐之上時由于兩端拉力的作用在允許負荷范圍內同樣具有鋼管彎曲變形越大其自身反變形能力越強的特點。水平放置狀態下在不考慮鋼管自身重量時鋼管的承載能力與兩端支撐的距離(跨度)幾乎無關。