[發明專利]填充柔性材料的管形結構

在審

• 申請號: 202011392148.6
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112503383A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 高岳;邵飛;范鵬賢;徐倩
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: F16S3/00
• 分類號: F16S3/00;F16S3/06
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

填充柔性材料的管形結構，涉及用作建筑結構的管形結構。填充柔性材料的管形結構，包括管形部件，所述管形部件內填充有增強受拉作用的柔性材料棒材。柔性材料棒材的彈性模量為20MPa—2GPa。柔性材料棒材為聚氨酯、聚四氟乙烯、ABS工程塑料中的一種。本發明提出了一種“管材+柔性內部支撐”的方法，對于管材的拉伸極限力學性能和斷裂韌性提升顯著，且裝配便捷，重量和成本增加不多，非常適合裝配式鋼管組合結構，具有高韌性、簡捷性、輕量化、經濟性等特點。

技術領域

本發明涉及用作建筑結構的管形結構，尤其是內部帶有填充物的管形結構。

背景技術

管材構件在航空航天、海洋平臺、輸電設施、能源化工及交通運輸等領域中有廣泛的應用，隨著管形構件在工程領域中的應用越來越廣泛，對于管材的技術指標提出了更高的要求。在組合結構中，受拉是鋼管的常見受力狀態。在結構管材服役過程中，當遇到地震、爆炸、撞擊、冰雪災害等極端工況時，會因承受過大拉伸載荷而導致強度失效，其破壞過程往往是一個復雜的變形破壞過程。因此，管材在特定工況下的極限力學性能研究成為工程設計人員關注的重要問題。

由于空心管材特殊的中空結構，其在縱向拉伸時會發生較為明顯的橫向頸縮；管材中間部位的橫向頸縮加劇了頸縮處的應力集中現象，從而加速了管材在中間部位的斷裂，造成了管材其它部位材料的力學性能沒有得到充分發揮。關于空心管材拉伸力學性能的研究是一個比較成熟的領域；對于內部有填充的管材的研究，主要集中在鋼管混凝土的壓縮極限承載力以及泡沫金屬填充薄壁管的吸能特性研究。內部預置填充材料的管材拉伸性能研究相對較少，主要集中于鋼管混凝土的拉伸性能研究。

鋼管混凝土的極限承載力雖有一定程度提升，但延伸率相較于空管拉伸有下降趨勢。鋼管混凝土受拉構件對施工工藝要求較高，且混凝土養護時間較長，對場地、設備要求較高，綜合成本較高；鋼管混凝土受拉構件的自重也較大。目前沒有關于填充柔性支撐材料管材的極限抗拉強度、延伸率、斷裂能等極限力學表現的研究。

發明內容

本發明提出了一種“管材+柔性內部支撐”的方法，對于管材的拉伸極限力學性能和斷裂韌性提升顯著，且裝配便捷，重量和成本增加不多，非常適合裝配式鋼管組合結構，具有高韌性、簡捷性、輕量化、經濟性等特點。

填充柔性材料的管形結構，包括管形部件，所述管形部件內填充有增強受拉作用的柔性材料棒材。

優選的是，本發明柔性材料棒材的彈性模量為20MPa—2GPa。

優選的是，本發明柔性材料棒材為聚氨酯、聚四氟乙烯、ABS工程塑料中的一種。

優選的是，本發明柔性材料棒材的表面噴涂一層隔熱涂層，以增強耐火性。

本發明采用上述技術方案，與現有技術相比具有如下優點：

1.從重量方面看，柔性材料密度比混凝土小，更有利于結構的輕量化設計。

2.從施工工藝方面看，柔性材料填充操作簡便，無需養護，適用于裝配式鋼管組合結構；而鋼管混凝土結構有較長的養護齡期，且加工制造復雜。

3.從綜合成本方面看，柔性材料填充即插即用，綜合成本較低；而鋼管混凝土受拉管形構件對于場地、設備的要求較高，綜合成本較高。

4.柔性材料作為內部填充材料時，可顯著提升受拉管材構件的極限抗拉強度、伸長量、斷裂能，而混凝土對受拉管材構件的伸長量有負增幅。

5.本發明提出“管材+柔性內部支撐”的方法，對于管材的拉伸極限力學性能和斷裂韌性提升顯著，且裝配便捷，重量和成本增加不多，非常適合裝配式鋼管組合結構，具有高韌性、簡捷性、輕量化、經濟性等特點。為改善鋼管組合結構在極限狀態下的綜合表現提供了新的技術路徑，對于提高結構設計安全性、節約工程建設成本具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明長度方向的結構示意圖。