CN110578384A - 一种预压凝固组合结构 - Google Patents
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Abstract
一种组合结构包含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部分是含水泥材料，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。
Description
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“活塞”，“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。
发明内容
(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。无论水泥基材料处在可流动阶段，还是处在已经凝固、但强度还在上升的阶段，水泥基材料的化学收缩都在进行，相应地多数混凝土材料的表观体积也发生收缩，特别是在有压力作用时。
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的现象表现的更为严重。
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。
本发明要解决的问题是：(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)避免混凝土与钢管分离，提高水泥基材料与钢管内壁之间的接触压力和抗剪能力，以便让水泥基材料与钢管能够充分地协同工作。
为了实现上述目的，本发明提出了以下的技术方案。
(二)技术方案
一种组合结构，包括A部分、B部分和C部分；其中，
(1)A部分由固体材料制作，A部分包围有空腔；
(2)B部分为已经凝固的可凝固材料，充填于所述空腔之内；
(3)C部分为一个或多个空间区域，它们都处在所述空腔之内；所述C部分至少具有以下七个特性之一：
1)至少有一个所述空间区域，被至少以下三者之一所占据：加压装置、储能装置、加压材料；
2)至少有一个所述空间区域，至少在B部分材料凝固之前的一个或多个时间段内，被至少以下三者之一所占据：加压装置、储能装置、加压材料；
3)至少有一个所述空间区域被加压装置的遗留物全部占据或部分占据；
4)至少有一个所述空间区域被储能装置的遗留物全部占据或部分占据；
5)至少有一个所述空间区域被加压材料的遗留物全部占据或部分占据；
6)至少有一个所述空间区域是不被任何材料或装置所占据，但此空间区域曾经被加压装置、或储能装置、或加压材料占据；
7)至少有一个所述空间区域充填着不同于B部分材料的某种材料，但此空间区域曾经被加压装置、或储能装置、或加压材料占据；
所述可凝固材料是指能够凝固的材料；
所述加压材料是已凝固的可凝固材料；至少在自身凝固之前的一个或多个时间段，加压材料通过挤占A部分包围的空腔中的空间来对B部分材料施加压力；
所述加压装置是能够对所述空腔中B部分材料施加压力的装置；
所述储能装置是用来存储能量的装置，具有如下特性：当其周围的压力升高时，该装置的外表面包围的体积变小，该装置存储能量；当周围压力降低时，该装置的外表面包围的体积变大，该装置释放能量；
储能装置工作时，它与B部分材料之间相互挤压，通过体积变化来存储和释放能量；当B部分材料发生体积变化时，储能系统能够把在接触面上对B部分材料的压力维持在要求的范围内；
所述加压装置的遗留物，是加压装置的某一部分、或某几部分、或全部，但已失去加压装置的部分或全部功能；
所述储能装置的遗留物是，是储能装置的某一部分、或某几部分、或全部，但已失去储能装置的部分或全部功能；
对于所述组合结构，
在全部所述B部分区域中，或者，
在所述B部分区域中的至少一部分区域中，
充填的材料是以下四大类材料之一：水泥基材料，可凝固的高分子材料，高分子材料与水泥基材料的混合物，可凝固无机非金属材料；
所述水泥基材料是指，含有水泥并且在凝固过程中伴随有水泥水化的材料：
可凝固的高分子材料是，能够凝固的高分子材料；
可凝固无机非金属材料是指，水泥基材料以外的、能够凝固的无机非金属材料；优选地，是石灰、石膏。
对于所述组合结构，所述水泥基材料包括：
普通混凝土，细石混凝土，活性粉末混凝土，砂浆，水泥净桨，石英粉、水泥与水的混合物，石英粉、活性掺料、水泥与水的混合物；
所述活性掺料包括：硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣。
在所述组合结构中，所述加压装置是压杆；
所述压杆是表面光滑的直杆，穿过A部分上的压杆孔插入到A部分包围的空腔中，与凝固的B部分材料紧密接触；
当A部分空腔中的B部分材料处在流动状态时，压杆能够通过挤占空腔中的空间来给B部分材料施加压力；
优选地，所述压杆与所述压杆孔之间设置有密封圈。
在所述组合结构中，所述加压装置是气囊；
优选地，所述气囊是在A部分包围空腔中的B部分材料处在流动状态时开始对其施加压力。
在所述组合结构中，所述加压装置是液囊。
优选地，在A部分包围空腔中的B部分材料处在流动状态时，所述液囊是开始对其施加压力；
在所述组合结构中，所述液囊中充填的材料是已经凝固的可凝固材料。
当A部分包围空腔中的B部分材料处在流动状态时，液囊中充填的可凝固材料处在流动状态，外置施压装置对囊中流动材料施压，液囊挤压周围的B部分材料，使其压力升高：
所述外置施压装置是通过管路与液囊相连的液体加压装置，例如泵、带有活塞的缸。
在所述组合结构中，所述加压装置是气液囊；
所述气液囊中充填的是液化气体，其中有一部分空间被气体占据，另一部分空间被液体占据；
优选地，选择一个时刻，此刻A部分包围空腔中的B部分材料处在流动状态，从这一时刻开始所述气液囊一直对B部分材料施加压力；
优选地，在A部分包围空腔中的B部分材料处在流动状态的时间范围内，在其中某一时间段、或某几个时间段，所述气液囊对B部分材料施加压力。
在所述组合结构中，所述加压装置是自膨胀装置：
所述自膨胀装置是，在一定条件下自身能够发生体积膨胀的装置；
优选地，自膨胀装置中含有体积膨胀材料，这种材料在一定条件下能够发生体积膨胀；
优选地，所述体积膨胀材料是吸水膨胀材料；优选地，是膨胀土、吸水树脂、吸水膨胀橡胶；
优选地，所述体积膨胀材料是因发生化学反应而发生体积膨胀的材料；优选地，是静态破碎剂；
在所述组合结构中，所述自膨胀装置是
用形状记忆合金制作的、含有封闭空间的装置；当温度处在T1范围时，该装置的外表体积为最小或接近最小；当温度处在T2范围时，该装置的外表体积最大或接近最大；组合结构的内部温度不在T1温度范围内，但是在T2温度范围内；
在用来对A部分包围空腔中的B部分材料施加压力之前，记忆合金自膨胀装置放置在T1温度范围内；当放入到A部分包围空腔中之后，由于温度在T2温度范围内，装置的外表体积发生膨胀，对B部分材料进行挤压。
优选地，自膨胀装置是用形状记忆合金制作的、两端封闭的管子；当温度进入到T2范围内时，管壁横截面形状发生变化，外表体积膨胀，对含水泥材料施加压力；管壁横截面形状发生变化时，横截面上至少有一段管壁发生弯曲；由于管壁弯曲时能够存储大量弹性能，这种装置也具有储能功能。
在所述组合结构中，所述储能装置是I型储能装置：
所述I型储能装置是直接用体积弹性变形能力较强的材料制作的实心几何体；
优选地，所用材料是橡胶、聚氨酯；
优选地，所述几何体为长条圆柱体、长条棱柱体、短圆柱体、短棱柱体、球体、薄板；
在所述组合结构中，所述储能装置是II型储能装置：
所述II型储能装置是用弹性材料制作的、带有封闭空间的装置，封闭空间中气体压力的作用忽略不计；所述装置具有如下特性，在周围静态液体压力作用下，装置中至少某一区域能够发生弯曲变形；
优选地，该装置所用材料是弹簧钢、钛合金、铝镁合金、复合材料。
所述II型储能装置是两端封闭的管子，其截面外轮廓线中含有相邻的内凸曲线和外凸曲线，或者含有直线段；
优选地，其截面外轮廓线是，矩形、椭圆形、多边形。
在所述组合结构中，所述储能装置是III型储能装置，
所述III型储能装置是气囊或气液囊；
所述气囊或气液囊用薄膜材料或薄壁材料制作，该材料的抗弯刚度很小，抗拉刚度很大；在囊内压力作用下，囊壁材料的抗弯刚度对气囊或气液囊形状的影响可以忽略不计，囊壁材料的拉伸变形对气囊或气液囊的体积的影响可以忽略不计；所述气囊内部充入的是气体；所述气液囊内部充入的液化气体，囊内同时含有气体和液体；
优选地，所述囊壁材料是含有增强连续纤维的薄橡胶布；
优选地，所述薄壁材料是含有增强连续纤维的厚橡胶布。
优选地，所述III型储能装置的囊壁材料是，
含有增强连续纤维的橡胶管，或
含有增强连续纤维的其他高分子材料管；
在所述组合结构中，所述储能装置是IV型储能装置，该装置同时具有以下两个特性：
(1)所述储能装置包含组合结构的A部分，或者只包含组合结构的A部分；并且
(2)当受到A部分包围的空腔中的、流动材料的、静态压力作用时，A部分中至少有一个区域的曲率发生变化，即发生弯曲变形；
优选地，所述A部分是等厚度的多边形钢管。
在所述组合结构中，所述加压材料包括：
水泥基材料、可凝固的高分子材料、高分子材料与水泥基材料的混合物、可凝固无机非金属材料；
当所述加压材料处于流动状态时，加压材料被外置加压装置挤入到A部分包围的空腔中，对B部分材料施加压力；
所述加压材料与B部分材料直接接触，或与B部分材料之间有隔离层。
优选地，所述组合结构有一条轴线，此轴线具有以下特性之一：
(1)所述轴线是直线，
(2)所述轴线是拱形曲线，
(3)所述轴线是折线，
(4)所述轴线由一条或多条直线与一条或多条曲线组成。
优选地，所述组合结构中至少有这样一段沿着长度方向的范围，在此范围内的组合结构截面的外轮廓线是以下之一：
圆形，
椭圆形，
多边形，
由多条曲线组成，
由一条或多条直线，与一条或多条曲线组成；
优选地，所述组合结构的轴线长度大于组合结构任一横截面的最小覆盖圆直径的2倍。
优选地，所述组合结构中沿着长度方向至少有这样一段范围，在此范围内，所述组合结构的外形是以下之一：
圆柱体、椭圆柱体、棱柱体，
圆台体、椭圆台体、棱台体。
优选地，对于柱形体组合结构，在组合结构的沿着长度方向的某一范围内，组合结构的横截面具有以下特征之一：
(1)在横截面上，有一个储能装置，布置在横截面的几何形心上；
(2)在横截面上，有多个储能装置，沿着A部分的内壁布置；优选地，截面上相邻的储能装置之间的距离相等或相近；
(3)在横截面上，有多个储能装置，沿着一个几何图形的周边等间距地布置；所述几何图形与A部分空腔的截面几何形状相似，并且二者几何形心重叠；
(4)在横截面上，有多个储能装置，零散地分布在A部分包围的空腔区域中；优选地，储能装置均匀地地分布在A部分包围的空腔区域中；
优选地，对于柱形体组合结构，储能装置具有以下三个特征之一：
(1)所述储能装置是长条形，储能装置的轴线平行于组合结构的轴线；
(2)所述储能装置是长条形，储能装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上并平行于A部分的内壁；
(3)所述储能装置是长条形；储能装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上；储能装置轴线与组合结构轴线之间的夹角，小于A部分的内壁与组合结构轴线之间的夹角。
优选地，对于柱形体组合结构，储能空白区域长径比为0～0.125，或0.125～0.25，或0.25～0.5，或0.5～0.75，或0.75～1.0，或1.0～1.5；
所述储能空白区域是一段长度范围内的组合结构，在该长度范围，每个横截面上都没有储能装置；
所述储能空白区域长径比是指，空白区域的长度与该区域范围内任一横截面的最小覆盖圆的直径之比。
优选地，对于柱形体组合结构，在组合结构的、沿着长度方向的某一范围内，组合结构同时具有以下的特性(1)和特性(2)：
(1)加压装置是具有如下特征的装置：在组合结构的横截面上，加压装置能够通过改变自身横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；
(2)组合结构的横截面具有以下特征之一：
1)在横截面上，有一个加压装置，布置在横截面的几何形心上：
2)在横截面上，有多个加压装置，沿着A部分的内壁布置；优选地，截面上相邻的加压装置之间的距离相等或相近；
3)在横截面上，有多个加压装置，沿着一个几何图形的周边等间距地布置；所述几何图形与A部分空腔的截面几何形状相似，并且二者几何形心重叠；
4)在横截面上，有多个加压装置，零散地分布在A部分包围的空腔区域中；优选地，加压装置均匀地地分布在A部分包围的空腔区域中；
优选地，对于柱形体组合结构，在组合结构的、沿着长度方向的某一范围内，组合结构同时具有以下的特性(1)和特性(2)：
(1)加压装置是长条形的；并且，在组合结构的横截面上，加压装置能够通过改变自身横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；
(2)加压装置具有以下三个特征之一：
1)加压装置的轴线平行于组合结构的轴线；
2)加压装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上并平行于A部分的内壁；
3)加压装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上；加压装置轴线与组合结构轴线之间的夹角，小于A部分的内壁与组合结构轴线之间的夹角。
优选地，对于柱形体组合结构，其加压空白区域长径比为0～0.125，或0.125～0.25，或0.25～0.5，或 0.5～0.75，或0.75～1.0；
所述加压空白区域是一段组合结构，在该段范围内，每个横截面上都没有具有以下性质的加压装置：在组合结构的横截面上，加压装置能够通过改变自身横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；
所述加压空白区域长径比是指，空白区域的长度与该区域范围内任一横截面的最小覆盖圆的直径之比。
在所述组合结构中，所述已经凝固的B部分材料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B部分材料凝固之后，如果B部分材料还会继续发生收缩，则材料中原来的预压应力会变化，变化之后的预压应力就是所述残留预压应力。
本发明中使用的术语定义如下。
绝对体积
构成材料的固体物质本身的体积，即固体物质内不含有孔隙的体积。
化学收缩
化学收缩的含义用公式表达
Vhy＜Vw+Vc
其中Vhy是水化生成物的绝对体积Vhy，Vw是参与水化的液体的在水化之前的体积，Vc是参与水化的各种固体成分在水化之前的绝对体积。参与水化的各种固体成分包括，水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣等，这里的水化包括水泥与水的直接水化，也包括其他活性物质与水化生成物发生的反应。
表观体积
表观体积是实体积加闭口孔隙体积加开口孔隙体积。
静态强度
静态强度是指，采用规范规定的静态强度测量方法测得的强度。
最终静态强度
当材料的静态强度随着时间的增加不再变化或者几乎不再变化之后，采用静态强度测量方法测得的强度就是材料的最终静态强度。材料的静态抗拉、抗压、抗剪强度对应的最终静态强度，分别称为最终静态抗拉强度、最终静态抗压强度、最终静态抗剪强度。
流动性
材料具有流动性是指，材料至少具有以下特性之一。
(1)材料无论是否受到静水压力作用，都不具备静态抗剪强度，或几乎不具备静态抗剪强度；所述几乎不具备静态抗剪强度是指，与可凝固材料的最终静态抗剪强度相比，所述时刻的静态抗剪强度非常小。仅为最终强度的几万分之一至十几分之一；
(2)材料不具备静态单轴抗压强度，或几乎不具备静态单轴抗压强度；所述几乎不具备静态抗压强度是指，与可凝固材料的最终静态抗压强度相比，所述时刻的静态抗压强度非常小，仅为最终强度的几万分之一至十几分之一；
(3)受任何很小的剪切力作用时，都会发生连续变形；所述很小的剪切力是指，在施加剪切力的时刻，剪切力仅为可凝固材料的最终静态抗剪强度的几万分之一至十几分之一。
可流动状态
当材料具有流动性时，材料就处在可流动状态。
水化过程的两个阶段
(1)水化过程阶段I
在此阶段中，材料具有流动性。
(2)水化过程阶段II
在此阶段中，材料具有抗剪强度并且抗剪强度随时间的增加而增加。阶段II的开始时刻就是阶段I的结束时刻，在阶段II的开始时刻材料的抗剪强度几乎为零，在阶段II中水化还在继续。
收缩转折点
把新拌水泥基材料放入封闭环境中，让其经历两个阶段：
(1)在第一阶段，材料受到的压力至少在刚开始阶段是变化的，经历的温度是可以变化的；
(2)在第二阶段，保持温度和压力不变，记录其体积应变与时间关系曲线。
在第二阶段，如果体积应变与时间关系曲线中存在一个具有以下特征的点，则该点就是收缩转折点。该点的特征是：在该点处曲线的曲率最大，在该点之后的体积应变速率远低于之前处在第二阶段的平均速率，仅为之前该速率的几十分之一到几分之一，甚至更低。在常用的水灰比或水胶比范围内，收缩转折点出现时，材料已经具有一定的静态抗剪强度。
如果在第二阶段，体积应变与时间关系曲线中没有出现转折点，说明第二阶段的开始时间太晚了，通过缩短第一阶段的时间长度，可使第二阶段中的曲线出现转折点。如果第二阶段开始时材料还处在可流动状态，则一定能够找到转折点。即使在第二阶段开始的时刻材料具有的一定的静态抗剪强度，如果强度不是足够高，还是能够出现转折点。
压杆
压杆是一种对A部分包围的空腔中的B部分材料施加压力的装置。压杆是表面光滑的直杆，穿过在A 部分加工出来的压杆孔，插入到A部分包围的空腔中。压杆与压杆孔之间设置有密封圈。压杆的直径小于 A部分空腔中与压杆轴线垂直的各个方向上的最小尺寸。
当A部分空腔中的B部分材料处在流动状态时，如果推动压杆向空腔中移动，压杆就能够通过挤占空腔中的空间来给B部分材料施加压力。
当A部分空腔中的B部分材料凝固之后，不能再推动压杆向空腔中移动，否则会破坏B部分材料。当 B部分材料凝固之后，如果继续发生收缩，压杆不能填补这个阶段B部分材料的变形，这是压杆方法的局限性。为了克服这个弱点，可以把压杆与储能装置联合使用。在A部分包围的空腔中放置储能装置，当B 部分材料处在可流动状态时，如果用压杆挤压B部分材料，则储能装置发生体积收缩；当部分材料凝固之后，如果B部分材料发生体积收缩，则储能装置发生体积膨胀，并把二者之间接触面上的压力维持在要求的范围内。在B部分材料的凝固初期，B部分材料的蠕变速率较高；储能系统对B部分材料施加的压力，能够使B部分材料发生蠕变，这有利于保持B部分材料与A部分的内壁之间的接触压应力。
当B部分材料凝固之后，合理的处理方法是，保持压杆的轴向位置不变，或者，保持压杆的轴向荷载不变。
当空腔中与压杆接触的B部分材料的强度，能够抵抗因压杆失去外部轴向作用力之后给材料带来的应力变化时，可以锯掉压杆的外露部分。
推动压杆移动的最简便方法是，把千斤顶固定在组合结构上，用千斤顶推动压杆移动，实现对B部分材料施加压力。
外置加压装置
外置加压装置就是压力源，外置是指装置放在组合结构之外。
压力源
能够给流体提供压力的装置，例如泵，蓄能器，活塞加压装置等。
活塞加压装置类似于大注射器，当对活塞施加荷载时，“注射器”中的流体的压力就会增加，流体会沿着与之连接的管路注入到组合结构空腔中的某个装置内或某个区域内。
加压装置
所述加压装置是放置在A部分包围空腔中的、能够对空腔中B部分材料施加压力的装置。
加压装置至少包含以下几种：压杆、加压气囊、加压液囊、加压气液囊、自膨胀装置。
加压气囊
加压气囊放置在A部分包围的空腔中，气囊通过管路与外置压力源连接。当压力源向气囊中充入压缩气体时，气囊膨胀，挤压周围的B部分材料，使气囊与B部分材料接触面上的压应力升高。
如果需要加压气囊对A部分包围的空腔中的B部分材料提供持续的压力，有三种方法可以选择：
(1)把气囊与压力源保持连接，压力源为气囊提供持续稳定的压力；
(2)在气囊与压力源的连接管路上设置阀门，当气囊中的气压达到预定值时，关闭阀门，同时关闭压力源；当气囊中的压力低于预定值之后，再打开阀门，开启压力源。
(3)在气囊与压力源的连接管路上设置阀门，当气囊中的气压达到预定值时，关闭阀门，拆除压力源，之后不再使用压力源为气囊补充压力。这中方法的特点是简单实用。虽然B部分材料发生的收缩会引起气囊压力降低，但这种降低是在允许范围。
当组合结构的轴线方向长度大于组合结构横截面最小覆盖圆直径的3倍时，最好选用长管型加压气囊。气囊的长度方向与组合结构的轴线方向平行，气囊的长度等于或略小于A部分包围空腔的长度。气囊的长度方向与组合结构轴线平行，有利于轴向受压组合结构中B部分材料的受力。气囊之间的空间可视为圆形空洞，当空洞的轴线与最大压应力方向一致时，B部分材料的轴向抗压能力最大。
加压液囊
加压液囊放置在A部分包围的空腔中，通过管路与外置压力源连接，当压力源向液囊中挤入液体时，液囊膨胀，挤压其周围的B部分材料，使该材料压应力升高。
如果需要加压液囊对A部分包围的空腔中的B部分材料提供持续的压力，则要压力源持续地向加压液囊中的流体提供压力。
当组合结构的轴线方向长度大于组合结构横截面最小覆盖圆直径的3倍时，最好选用长管型加压液囊。
加压气液囊
气液囊中充填的是液化气体，其中有一部分空间被气体占据，另一部分空间被液体占据。
自膨胀装置
所述自膨胀装置是，在一定条件下自身能够发生外表体积膨胀的装置。
自膨胀装置有以下几种：
(1)自膨胀装置中含有体积膨胀材料
这种材料在一定条件下能够发生体积膨胀。一种常见的体积膨胀材料是吸水膨胀材料，例如，膨胀土、吸水树脂、吸水膨胀橡胶。另一种体积膨胀材料是，因发生化学反应而发生体积膨胀的材料，例如，是静态破碎剂。
(2)自膨胀装置用形状记忆合金制作，装置含有封闭空间
当温度处在T1范围时，该装置的外表体积为最小或接近最小；当温度处在T2范围时，该装置的外表体积最大或接近最大；组合结构的内部温度不在T1温度范围内，但是在T2温度范围内；
在用来对A部分包围空腔中的B部分材料施加压力之前，记忆合金自膨胀装置放置在T1温度范围内；当放入到A部分包围空腔中之后，由于温度在T2温度范围内，装置的外表体积发生膨胀，对B部分材料进行挤压。
一种常用的自膨胀装置是，用形状记忆合金制作的、两端封闭的管子。当温度进入到T2范围内时，管壁横截面形状发生变化，外表体积膨胀，对含水泥材料施加压力；管壁横截面形状发生变化时，横截面上至少有一段管壁发生弯曲；由于管壁弯曲时能够存储大量弹性能，这种装置也具有储能功能。
I型储能装置
I型储能装置是直接用体积弹性变形能力较强的材料制作的实心几何体。使用的材料通常是橡胶、聚氨酯。常见实心几何体的形状是，长条圆柱体、长条棱柱体、短圆柱体、短棱柱体、球体、薄板。
II型储能装置
II型储能装置是用弹性材料制作的、带有封闭空间的装置，封闭空间中气体压力的作用忽略不计。这种装置具有如下特性，在周围静态液体压力作用下，装置中至少某一区域能够发生弯曲变形。这种装置使用的材料包括弹簧钢、钛合金、铝镁合金、复合材料等。
带有封闭空腔的管状储能装置的截面形状如图1所示，这四种截面的管子在受到围压作用时，从横截面上看，管壁横都会发生弯曲，储存能量。
III型储能装置
III型储能装置是气囊或气液囊。
气囊或气液囊用薄膜材料或薄壁材料制作，该材料的抗弯刚度很小，抗拉刚度很大；在囊内压力作用下，囊壁材料的抗弯刚度对气囊或气液囊形状的影响可以忽略不计，囊壁材料的拉伸变形对气囊或气液囊的体积的影响可以忽略不计。囊壁材料可以是含有增强连续纤维的薄橡胶布或厚橡胶布。
气囊的优点是，压力范围很宽；缺点是，体积变化时压力也变化。
气液囊的缺点是，压力的可选范围有限，也较低；优点是，只要温度不变，无论体积如何变化，压力都不会变化。
IV型储能装置
IV型储能装置同时具有以下两个特性：
(1)储能装置包含组合结构的A部分，或者只包含组合结构的A部分；
(2)当受到A部分包围的空腔中的、流动材料的、静态压力作用时，A部分中至少有一个区域的曲率
发生变化，即发生弯曲变形。
一个优选例子是，组合结构是棱柱体，A部分是等厚度的正多边形钢管。储能效果以及在最终使用时对空腔中的B部分材料的约束效果，取决于以下五个参数的选取：多边形钢管的边长、壁厚、钢管钢材的屈服强度、空腔中B部分材料的压力以及收缩量。
预压应力
预压应力是，在某一时刻之前人为地通过挤压B部分材料，施加到组合结构空腔中的B部分材料上的应力。
例如，在B部分材料充填的A部分包围的空腔中之后，用一个细管子把空腔中的B部分的材料与空腔之外的加压装置相连，管子中也填满了B部分所用材料。加压装置对管子中的材料施加一个恒定的压力，直到管子中的材料凝固并达到足够的强度。之后拆除A部分外表面之外的管子，显然，A部分包围空腔中的B部分材料仍然受到之前施加的压力作用，此压力就是预压应力。
由于在压力作用下，B部分材料可能发生造成体积收缩的蠕变，因此，在空腔内部B部分的某个空间点上，预压应力可能会随着时间的增加而减小；在整个B部分上，预压应力的分布也可能随时间发生变化。
残留预压应力
残留预压应力的含义是，在B部分材料凝固之后，如果B部分材料还会继续发生收缩，则材料中原来的预压应力会变化，变化之后的预压应力就是所述残留预压应力。
加压装置的后处理方法
如果加压装置是压杆，后处理方法是锯断活塞的外露部分。在锯断时，空腔中与活塞接触的材料要达到足够的强度，以便能够抵抗因活塞杆失去外部作用力之后给B部分材料带来的应力变化。
如果加压装置是处在A部分包围空腔中的气囊、液囊、气液囊，后处理方法是放掉其中的气体和液体，向其中注入可凝固材料。在进行上述处理时，B部分材料的强度要满足了以下要求：a.材料有足够的强度去抵抗因失去囊壁压力而带来的B部分材料的压力变化；b.空腔内材料应力状态的改变，不降低或少降低 B部分材料的远期强度。
加压材料的后处理方法
当对B部分材料加压时，压力源通过管路把可凝固的加压材料挤入A部分包围的空腔中。当加压材料凝固后，卸掉加压装置，锯断充满加压材料管路。锯断管路时，空腔中的B材料和已凝固的加压材料都要达到足够的强度，以防因应力重新分配而被挤坏。
储能装置后处理方法
当储能装置是气囊、液囊、气液囊时，如果与组合结构之外有连接管路，则后处理方法是，放掉囊内的所有气体和液体，让后注入可凝固材料。在进行上述处理时，B部分材料的强度要满足了以下要求：a.材料有足够的强度去抵抗因失去囊壁压力而带来的B部分材料的压力变化；b.空腔内材料应力状态的改变，不降低或少降低B部分材料的远期强度。
当然，对用作储能装置的气囊、液囊和气液囊也可以不做任何处理。
附图说明
图1是带有封闭空腔的管状储能装置截面形状。
图2是实施例1中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图3是实施例1中的钢管混凝土结构A-A横截面剖面图。
图4是实施例2中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图5是实施例2中的钢管混凝土结构B-B横截面剖面图。
图6是实施例3中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图7是实施例3中的钢管混凝土结构B1-B1横截面剖面图。
图8是实施例4中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图9是实施例4中的钢管混凝土结构C-C横截面剖面图。
图10是实施例5中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图11是实施例5中的钢管混凝土结构D-D横截面剖面图。
图12是实施例5中的钢管混凝土结构E-E横截面剖面图。
图13是实施例6中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图14是实施例6中的钢管混凝土结构E1-E1横截面剖面图。
图15是实施例7中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图16是实施例7中的钢管混凝土结构F-F横截面剖面图。
图17是实施例8中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图18是实施例8中的钢管混凝土结构F1-F1横截面剖面图。
图19是实施例9中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图20是实施例10中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图21是实施例10中的钢管混凝土结构G-G横截面剖面图。
图22是实施例11中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图23是实施例11中的钢管混凝土结构G1-G1横截面剖面图。
图24是实施例12中的钢管混凝土结构竖向剖面图。
图25是实施例12中的钢管混凝土结构H-H横截面剖面图。
图26是实施例13中的内部钢管混凝土结构竖向剖面图。
图27是实施例13中的内部钢管混凝土结构H1-H1横截面剖面图。
图28是实施例13中的整个钢管混凝土结构竖向剖面图。
图29是实施例13中的整个钢管混凝土结构H2-H2横截面剖面图
图30是实施例14中球形组合结构中的A部分的过球心平面剖面图。
图31是实施例14中整个球形组合结构中的过球心平面剖面图。
具体实施方式
实施例1.
如图2和图3所示，组合结构为钢管混凝土柱子。A部分包括上端板110、法兰盘111、钢管12和下端板13，下端板与钢管之间用焊接方法连接，上端板110与上端法兰盘111用螺栓连接，在上端板的中心处有一个圆孔。B部分为细石混凝土2。C部分由橡胶棒321和压杆311组成，橡胶棒用作储能装置，压杆用作加压装置。六根橡胶棒放置位置离钢管内壁有一定距离，橡胶棒的高度约为钢管高度的一半。储能空白区域长径比为0.8。
设计细石混凝土在水化过程中受到的压力为50MPa。
让压杆311穿过上端板的中心孔，深入到空腔中的细石混凝土2中，对压杆施加压力就可实现对细石混凝土的挤压。上端板的中心孔中设置有O型密封圈，防止细石混凝土中的水或水泥浆从压杆与中心孔之间的缝隙中流出。压杆表面光滑。
施工方法为：
(1)把下端板13与钢管12焊接到一起，把上端法兰盘111与钢管12焊接到一起；
(2)把细石混凝土充填到钢管中，边充填边用振捣棒振捣；
(3)把上端板110与法兰盘111连接到一起；
(4)用细管从中心孔中向空腔内继续充填细石混凝土，直到充填满为止；
(5)把密封圈安装到上端板的中心孔中，把压杆311穿过此孔，对压杆施加荷载，直到细石混凝土受到的压力达到设计要求的50MPa；
(6)选择后继处理方法，
a.当压力达到50MPa时，就立即把压杆固定到上端板110上，卸掉对其施加恒力的外部加载装置；或者，
b.当压力达到50MPa之后，维持压杆上的荷载恒定，直到过了时间tZ0时刻，然后把压杆固定到上端板110上，卸掉对其施加恒力的外部加载装置；或者，
c.当压力达到50MPa之后，维持压杆上的荷载恒定，直到时间到达t1时刻，然后把压杆固定到上端板110上，卸掉对其施加恒力的外部加载装置；t1时刻可以在tZ0前，也可以在tZ0之后，t1是根据施工进度需要选择的时间。
其中tZ0的含义是：在水化过程阶段II中存在一个时间tZ0，当压杆受到恒定轴向外力作用时，在tZ0时刻之前压杆的位移速度较大，在tZ0之后压杆的位移速度明显变低。
压杆在恒定轴向外力作用下，当混凝土处在水化过程阶段I时，如果混凝土发生体积收缩，则压杆会随之向空腔中移动，填补收缩掉的体积。
当把压杆固定到上端板110上之后，如果混凝土还继续收缩，则压杆只能随着端板一起移动。这时无论混凝土处在水化过程阶段I还是阶段II，当混凝土收缩时，混凝土受到的压力都会减小；如果没有放置橡胶棒，则混凝土受到的最终压力可能为零或接近于零；由于放置有储能装置橡胶棒，当混凝土体积收缩时，橡胶棒会发生膨胀，使得混凝土因收缩造成的压力降低控制在一定范围。
实施例2.
组合结构如图4和图5所示，为钢管混凝土柱子。此柱子与实施例1的差别是橡胶棒的长度接近于整个钢管的高度，储能空白区域长径比为0.05，其余部分与实施例1相同。当进入水化过程阶段II时，每个横截面上都有橡胶棒来减小因混凝土收缩引起的压力变化。与实施例1相比，在这个方案中不同截面上的混凝土的应力场更为相近。
实施例3.
组合结构为钢管混凝土柱子，如图6图7所示。A部分与实施例1相同。B部分包括超高强混凝土21 和活性粉末混凝土(RPC)22，RPC的水化过程阶段I的时间长度大于超高强混凝土的。储能装置为橡胶棒 321，加压装置是压杆311。
在水化过程中对混凝土施加的设计压力为50MPa。
设计的压力历史是：在水化过程阶段I中，每隔一段时间超高强混凝土和RPC受到一段时间的循环变化的压应力作用，循环压应力的下限是5MPa，上限是60MPa；不循环变化时，压应力为60MPa。施加循环压应力的方法是对压杆311施加循环荷载。当进入到水化过程阶段II后，保持施加到压杆上的荷载恒定。
在施加循环压力的过程中，压应力增加时橡胶棒收缩，压应力减小时橡胶棒膨胀，这使得超高强混凝土发生剪切变形，有利于减少超高强混凝土和RPC中的空隙，提高强度。
施工步骤为：
(1)把下端板13与钢管12焊接到一起，把上端法兰盘111与钢管12焊接到一起。
(2)把混凝土21充填到钢管中，不要溢出上端。
(3)在混凝土的上端中心位置制作一个竖向圆洞，在其中充填上RPC。
(4)把上端板与法兰盘连接到一起。
(5)把细管插入到RPC占据的空间中，通过细管向被混凝土围着的RPC中再挤入RPC，直到RPC 与混凝土充满整个钢管空腔；然后边注入RPC边抽出细管。
(6)把密封圈安装到上端板的中心孔中，把挤压杆穿过此孔，对挤压杆施加荷载，直到细石混凝土受到的压力达到设计要求的60MPa，并记下此时挤压杆上的荷载F0。
(7)当压力达到60MPa之后，在多个时间段内维持挤压杆上的荷载恒定；在另外多个时间段内循环变化挤压杆上的荷载，使得压应力循环变化，压应力下限是5MPa，上限是60MPa。当水化过程阶段I结束时，不再循环变化压应力，而是维持挤压杆上的荷载等于F0。
(8)过了时间tZ0时刻，把挤压杆固定到上端板110上，卸掉对其施加恒力的外部加载装置。
其中tZ0的含义是：在水化过程阶段II中存在一个时间tZ0，当挤压杆受到恒定轴向外力作用时，在tZ0时刻之前挤压杆的位移速度较大，在tZ0之后挤压杆的位移速度明显变低。这种情况下的tZ0，由混凝土21与 RPC22的水化进程共同决定。
实施例4.
钢管混凝土柱子如图8图9所示，A部分与实施例1相同，B部分为活性粉末混凝土2，加压装置是压杆311，储能装置是橡胶套32。由于活性粉末混凝土收缩量大，50MPa压力持续24小时可使其体积收缩率达到1％，所以把储能装置放置在活性粉末混凝土的最外侧，以便使得活性粉末混凝土各点的压应力基本相同的。
施工方法与实施例1相同，挤压杆的压力维持到tZ0时刻之后。tZ0在此处的含义与在实施例1中的相同。
实施例5.
钢管混凝土柱子如图10、图11和图12所示。A部分包含下端板13、钢管12、法兰盘111和上端板110；B部分是活性粉末混凝土2；储能装置是六个橡胶棒321，加压材料就是B部分材料 RPC，加压缸通过挤压管312把加压材料挤入空腔中。由于RPC收缩量大，橡胶棒紧贴着钢管内壁布置。加压缸类似于大注射器，活性粉末混凝土类似于注射液，当对加压缸中的活塞施加压力时，活塞挤压活性粉末混凝土，使之压力升高。上端板上有一个大圆孔和一个小圆孔1101；大圆孔中有内螺纹，挤压管312有外螺纹，挤压管与拧入大圆孔中；小圆孔有内螺纹，与之配套使用的是有外螺纹的丝堵。
在水化过程中对混凝土施加的设计压力为30MPa。
施工方法：
(1)把下端板13与钢管12焊接到一起，把上端法兰盘111与钢管12焊接到一起；
(2)把上端板与法兰盘连接到一起，把挤压管312连接到上端板110上；
(3)通过挤压管312向钢管中充填活性粉末混凝土2，充填过程中保持小圆孔1101是开着的，空气从中排出；
(4)当钢管中的空腔充填满之后，用丝堵封堵小圆孔1101；
(5)把加压缸连接到挤压管上，给活性粉末混凝土施加30MPa压力，维持压力恒定，直到RPC具有足够的强度；
(6)当RPC具有足够的强度之后，拆除挤压管312，
a.可直接从根部锯断；或者
b.扭转挤压管，在管子端部把凝固RPC拧断，然后继续旋转挤压管，直到卸掉；之后再用 RPC把挤压管留下的空缺填满；或者，充填一部分空缺，再用带有外螺纹的丝堵封堵住端板上的大圆孔。
实施例6.
钢管混凝土柱子如图13、图14所示。A部分、储能装置、压力源、以及压力源与空腔的连接方法都与实施例5相同，B部分包括混凝土21和活性粉末混凝土22。图13中的D1-D1剖面与实施例5中的图 11相同。
在水化过程中对混凝土施加的设计压力为60MPa。
施工步骤：
(1)把下端板13与钢管12焊接到一起，把上端法兰盘111与钢管12焊接到一起；
(2)把六根橡胶棒321安装到钢管内壁上；
(3)把混凝土21充填到钢管内部，当距离钢管上端口2～5cm时停止充填；
(4)把上端板与法兰盘连接到一起，把挤压管312连接到上端板110上；
(5)通过挤压管312向钢管中剩余空间充填活性粉末混凝土22，充填过程中保持小圆孔1101是开着的，让空气从中排出；
(6)当钢管中的空腔充填满之后，用丝堵封堵小圆孔1101；
(7)把加压缸连接到挤压管上，给活性粉末混凝土施加60MPa压力，通过挤压管312把这个压力传递到空腔中的混凝土21上，维持压力恒定直到RPC具有足够的强度；
(8)当RPC具有足够的强度之后，拆除挤压管312。可采用实施例5中的方法进行拆除和后处理。
实施例7.
钢管混凝土柱子如图15、图16所示，A部分包括下端板13、钢管12、法兰盘111和上端板110。在上端板110上加工有三个带内螺纹的圆孔：第一个圆孔处在中心位置，用来安装气液囊固定装置311；第二个圆孔1102偏离中心，用作进料口，有丝堵与之相配；第三个圆孔1101是也偏离中心，用做排气孔，也有丝堵与之相配。B部分是RPC 2。
储能装置包括六个橡胶棒321，加压装置是加压气液囊。气液囊的主体部分是橡胶管310，一端封闭，另一端连接到固定装置311上。固定装置311是金属管，包含三个部分：第一部分用来与橡胶管310相连；第二部分带有外螺纹，与上端板110的第一个圆孔相连；第三部分带有内螺纹，用来与充气阀门相连。第二和第三部分类似于液化气罐的与阀门相连的部分。
在橡胶管外面套着一个柔性高强纤维网，当橡胶管的某一段膨胀到设计的直径时，橡胶管把柔性纤维网拉进，橡胶管受到径向约束，不再膨胀变粗，加纤维网是为了防止橡胶管局部胀破；当压力继续增大时，橡胶管中那些没有充分膨胀的部分继续膨胀，直到把相应部分的纤维网拉紧；要确保在任何时刻橡胶管都有一段没有膨胀到把纤维网拉紧，以便保证能够对B部分材料充分地施加压力。
为了对PRC施加恒定的压力，在气液囊中充填丙烷。丙烷在21.9℃、31.9℃和41.9℃时，饱和液体的压力分别为0.88MPa、1.13MPa和1.43MPa。施工过程中RPC的温度在21.9℃～41.9℃这个范围内，气液囊对其施加的压力在0.88MPa～1.43MPa范围内，这个压力可明显地降低RPC的空隙率。在气液囊中，一部分丙烷是液体313，另一部分是气体312，见图15。
施工步骤：
(1)把下端板13与钢管12焊接到一起，把上端法兰盘111与钢管12焊接到一起。
(2)把六根橡胶棒321安装到钢管12内壁上。
(3)做一个架子，固定在上端板110上；把气液囊的固定装置311拧入上端板的中心孔上，在气液囊外面套上柔性高强纤维网，再把气液囊固定在架子上。
(4)把上端板110与法兰盘111连接到一起。
(5)把激振器安装到钢管12上；
(6)把送料管的一端连接到上端板的进料口1102上，另一端连接到混凝土泵上；用混凝土泵向钢管12的内部注入RPC；注入的过程中激振器在振动，排气孔1101是开着的；注满之后让激振器再振动一段时间，以便充分排出RPC中的气体；用丝堵封堵排气孔1101。增加混凝土泵的压力，把气液囊压扁；卸掉送料管，用丝堵封堵进料口1102。
(7)通过固定装置311向气液囊中注入丙烷，要保证有一部分丙烷以液体形式存在。
(8)后继处理有两种方式可以选择，
a.保留气液囊，不再做任何处理；或者，
b.当RPC具有足够的强度之后，排放气液囊中的丙烷，向囊中充填RPC或其它流动性好的可凝固材料。
实施例8.
钢管混凝土柱子如图17图18所示，A部分、B部分、以及储能装置、加压装置的结构形式都与实施例7的相似。二者的差别是，实施例7中的加压装置是气液囊，而本实施例中采用的是气囊310，即囊中只有气体312，没有液体。气液囊的压力较低，而气囊的压力范围很宽。
设计RPC在水化过程中受到的压力为20MPa。
本实施例的施工步骤除了步骤(7)之外，都与实施例7的相同。本实施例的步骤(7)是：
向气囊中注入空气，一直到压力达到20MPa，然后关闭气囊阀门；当气囊中的压力降低之后，再向其中注入空气，直到压力达到20MPa，如此重复。
实施例9.
钢管混凝土柱子如图19所示，本实施例的结构形式与实施例8的差别是，没有橡胶棒，其余部分都相同，施工步骤也相同。当柱子直径较细时，建议采用这种方式。由于加压气囊本身就具有储能的作用，再加上用气泵维持压力，加压气囊能够给B部分材料施加一个恒定的压力。
实施例10.
钢管混凝土柱子如图20图21所示，A部分、B部分与实施例8相同。加压装置是三个加压气囊312，他们挨着管壁等间距地布置；储能装置是三个橡胶条321，也挨着管壁等间距地布置；加压气囊与储能装置相互间隔，本实施例的施工步骤与实施例7的相近，只是在步骤(7)中，对三个气囊充气时，每个气囊的气体充入体积要大体上相同，不能让个别气囊被压扁。
实施例11.
钢管混凝土柱子如图22图23所示，A部分、B部分与实施例8相同。本实施例中，只有六个气囊，没有橡胶棒，它们都挨着钢管内壁布置。
本实施例的施工步骤与实施例7的相近，只是在步骤(7)中，对六个气囊充气时，每个气囊的气体充入体积要大体上相同，不能让个别气囊被压扁。
实施例12.
钢管混凝土柱如子图24和图25所示，A部分包含下端板13、钢管12、法兰盘111和上端板110，钢管12的截面是正六边形。B部分2是活性粉末混凝土，加压装置是压杆31，储能装置是钢管12，钢管12 既用作A部分，又用作储能装置，当用压杆对RPC施加压力时，钢管的六个平面向外凸起，从平面变成了曲面，存储弹性能；当RPC收缩时，RPC受到的压力变小，外凸的六个面向回变形。由于钢管的六个平面的沿着法线方向的变形能力较大，能够维持RPC中的压力在要求的范围内变化。
设计压力历史是：RPC在水化过程阶段I中每隔一段时间受到一段时间的循环变化的压应力作用，循环压应力的下限是5MPa，上限是30MPa；不循环变化时，压应力为30MPa。施加循环压应力的方法是，对压杆31施加循环荷载。当水化过程阶段I结束之后，保持施加到压杆上的荷载恒定。
在压应力循环变化的过程中，六边形截面钢管上的平面会随着压力的变化发生外胀和回缩，这使得活性粉末混凝土发生剪切变形，有利于减少材料中的空隙。
实施例13.
钢管混凝土柱如子图26～图29所示，由内部钢管混凝土(图26和图27)与外层钢管混凝土组成。
内部钢管混凝土的A部分包含下端板13a、钢管12a、法兰盘111a和上端板110a；B部分2a是活性粉末混凝土，加压装置是压杆31a，储能装置是正六边形钢管12a，钢管12a既用作A部分，又用作储能装置。
外部钢管混凝土的A部分包含下端板13b、钢管12b、法兰盘111b和上端板110b，上端板110b上留有由注入孔1101b；B部分2b是膨胀砂浆。
施步骤如下。
1.先施工内部钢管混凝土，方法类似于实施例12。
2.把外部钢管的下端板13b、钢管12b连接到一起。
3.把内部钢管混凝土装入外部钢管12b中，把内部钢管12a与外部钢管12b固定在一起。
4.当时间超过内部钢管混凝土中RPC(2a)的收缩转折点出现时刻之后，用细管向内外钢管之间的缝隙中注入膨胀砂浆2b。
5.再把上端板110b与法兰盘111b连接到一起。
6.通过上端板110b上的注入孔1101b继续想外部钢管12b中注入膨胀砂浆，注满之后用丝堵封堵注入孔1101b。
实施例14.
组合结构如图30和图31所示。A部分是一个球形壳体11，其外形和空腔都是圆球形。在壳体11上设置有圆孔12和圆孔13，圆孔12是进料口，有丝堵121与之相配；圆孔13用来安装压力源，有环形丝堵32与之相配。环形丝堵32的圆孔有金属加压管31从中穿过，并与之固定在一起。B部分是活性粉末混凝土12。C部分由加压油囊33和金属加压管31组成，加压管31一端与油囊32连接，另一端与液压源连接。
设计细石混凝土在水化过程中受到的压力为70MPa。
施工方法如下。
(1)制作球球11，并在其上加工圆孔12和13。
(2)把加压油囊33与加压管31固定在一起，把加压管与环形丝堵32固定在一起。
(3)把加压油囊穿过圆孔13，再把环形丝堵拧入圆孔13。
(4)用细管穿过圆孔12，通过细管向空腔中注入活性粉末混凝土2。注满之后，边抽出细管，边继续注入活性粉末混凝土。
(5)用丝堵封堵圆孔12。
(6)把加压管31连接到液压源上，通过加压管31给加压油囊33注入液压油，施加压力。当压力达到70MPa时，维持压力恒定，直到时间超过收缩转折点出现的时刻。
(7)排出掉油囊33和加压管31中的液压油，向其中注入活性粉末混凝土。
Claims (28)
1.一种组合结构，包括A部分、B部分和C部分；其中，
(1)A部分由固体材料制作，A部分包围有空腔；
(2)B部分为已经凝固的可凝固材料，充填于所述空腔之内；
(3)C部分为一个或多个空间区域，它们都处在所述空腔之内；所述C部分至少具有以下七个特性之一：
1)至少有一个所述空间区域，被至少以下三者之一所占据：加压装置、储能装置、加压材料；
2)至少有一个所述空间区域，至少在B部分材料凝固之前的一个或多个时间段内，被至少以下三者之一所占据：加压装置、储能装置、加压材料；
3)至少有一个所述空间区域被加压装置的遗留物全部占据或部分占据；
4)至少有一个所述空间区域被储能装置的遗留物全部占据或部分占据；
5)至少有一个所述空间区域被加压材料的遗留物全部占据或部分占据；
6)至少有一个所述空间区域是不被任何材料或装置所占据，但此空间区域曾经被加压装置、或储能装置、或加压材料占据；
7)至少有一个所述空间区域充填着不同于B部分材料的某种材料，但此空间区域曾经被加压装置、或储能装置、或加压材料占据；
所述可凝固材料是指能够凝固的材料；
所述加压材料是已凝固的可凝固材料；至少在自身凝固之前的一个或多个时间段，加压材料通过挤占A部分包围的空腔中的空间来对B部分材料施加压力；
所述加压装置是能够对所述空腔中B部分材料施加压力的装置；
所述储能装置是用来存储能量的装置，具有如下特性：当其周围的压力升高时，该装置的外表面包围的体积变小，该装置存储能量；当周围压力降低时，该装置的外表面包围的体积变大，该装置释放能量；
储能装置工作时，它与B部分材料之间相互挤压，通过体积变化来存储和释放能量；当B部分材料发生体积变化时，储能系统能够把在接触面上对B部分材料的压力维持在要求的范围内；
所述加压装置的遗留物，是加压装置的某一部分、或某几部分、或全部，但已失去加压装置的部分或全部功能；
所述储能装置的遗留物是，是储能装置的某一部分、或某几部分、或全部，但已失去储能装置的部分或全部功能。
2.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，
在全部所述B部分区域中，或者，
在所述B部分区域中的至少一部分区域中，
充填的材料是以下四大类材料之一：水泥基材料，可凝固的高分子材料，高分子材料与水泥基材料的混合物，可凝固无机非金属材料；
所述水泥基材料是指，含有水泥并且在凝固过程中伴随有水泥水化的材料；
可凝固的高分子材料是，能够凝固的高分子材料；
可凝固无机非金属材料是指，水泥基材料以外的、能够凝固的无机非金属材料；优选地，是石灰、石膏。
3.根据权利要求2所述组合结构，其特征是，所述水泥基材料包括：
普通混凝土，细石混凝土，活性粉末混凝土，砂浆，水泥净桨，石英粉、水泥与水的混合物，石英粉、活性掺料、水泥与水的混合物；
所述活性掺料包括：硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣。
4.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述加压装置是压杆；
所述压杆是表面光滑的直杆，穿过A部分上的压杆孔插入到A部分包围的空腔中，与凝固的B部分材料紧密接触；
当A部分空腔中的B部分材料处在流动状态时，压杆能够通过挤占空腔中的空间来给B部分材料施加压力。
5.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述加压装置是气囊。
6.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述加压装置是液囊。
7.根据权利要求6所述组合结构，其特征是，所述液囊中充填的材料是已经凝固的可凝固材料；
当A部分包围空腔中的B部分材料处在流动状态时，液囊中充填的可凝固材料处在流动状态，外置施压装置对囊中流动材料施压，液囊挤压周围的B部分材料，使其压力升高；
所述外置施压装置是通过管路与液囊相连的液体加压装置，例如泵、带有活塞的缸。
8.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述加压装置是气液囊；
所述气液囊中充填的是液化气体，其中有一部分空间被气体占据，另一部分空间被液体占据。
9.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述加压装置是自膨胀装置；
所述自膨胀装置是，在一定条件下自身能够发生体积膨胀的装置。
10.根据权利要求9所述组合结构，其特征是，所述自膨胀装置是
用形状记忆合金制作的、含有封闭空间的装置；当温度处在T1范围时，该装置的外表体积为最小或接近最小；当温度处在T2范围时，该装置的外表体积最大或接近最大；组合结构的内部温度不在T1温度范围内，但是在T2温度范围内；
在用来对A部分包围空腔中的B部分材料施加压力之前，记忆合金自膨胀装置放置在T1温度范围内；当放入到A部分包围空腔中之后，由于温度在T2温度范围内，装置的外表体积发生膨胀，对B部分材料进行挤压。
优选地，自膨胀装置是用形状记忆合金制作的、两端封闭的管子；当温度进入到T2范围内时，管壁横截面形状发生变化，外表体积膨胀，对含水泥材料施加压力；管壁横截面形状发生变化时，横截面上至少有一段管壁发生弯曲；由于管壁弯曲时能够存储大量弹性能，这种装置也具有储能功能。
11.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述储能装置是I型储能装置：
所述I型储能装置是直接用体积弹性变形能力较强的材料制作的实心几何体；
优选地，所用材料包含但不限于是橡胶、聚氨酯；
优选地，所述几何体包含但不限于是长条圆柱体、长条棱柱体、短圆柱体、短棱柱体、球体、薄板。
12.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述储能装置是II型储能装置：
所述II型储能装置是用弹性材料制作的、带有封闭空间的装置，封闭空间中气体压力的作用忽略不计；所述装置具有如下特性，在周围静态液体压力作用下，装置中至少某一区域能够发生弯曲变形；
优选地，该装置所用材料包含但不限于是弹簧钢、钛合金、铝镁合金、复合材料。
13.根据权利要求12所述组合结构，其特征是，所述II型储能装置是两端封闭的管子，其截面外轮廓线中含有相邻的内凸曲线和外凸曲线，或者含有直线段；
优选地，其截面外轮廓线包含但不限于是，矩形、椭圆形、多边形。
14.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述储能装置是III型储能装置，
所述III型储能装置是气囊或气液囊；
所述气囊或气液囊用薄膜材料或薄壁材料制作，该材料的抗弯刚度很小，抗拉刚度很大；在囊内压力作用下，囊壁材料的抗弯刚度对气囊或气液囊形状的影响可以忽略不计，囊壁材料的拉伸变形对气囊或气液囊的体积的影响可以忽略不计；所述气囊内部充入的是气体；所述气液囊内部充入的液化气体，囊内同时含有气体和液体；
优选地，所述囊壁材料包含但不限于是含有增强连续纤维的薄橡胶布；
优选地，所述薄壁材料包含但不限于是含有增强连续纤维的厚橡胶布。
15.根据权利要求14所述组合结构，其特征是，所述III型储能装置的囊壁材料是，
含有增强连续纤维的橡胶管，或
含有增强连续纤维的其他高分子材料管。
16.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述储能装置是IV型储能装置，该装置同时具有以下两个特性：
(1)所述储能装置包含组合结构的A部分，或者只包含组合结构的A部分；并且
(2)当受到A部分包围的空腔中的、流动材料的、静态压力作用时，A部分中至少有一个区域的曲率发生变化，即发生弯曲变形；
优选地，所述A部分包含但不限于是等厚度的多边形钢管。
17.根据权利要求1所述组合结构，其特征是，所述加压材料包括：
水泥基材料、可凝固的高分子材料、高分子材料与水泥基材料的混合物、可凝固无机非金属材料；
当所述加压材料处于流动状态时，加压材料被外置加压装置挤入到A部分包围的空腔中，对B部分材料施加压力；
所述加压材料与B部分材料直接接触，或与B部分材料之间有隔离层。
18.根据权利要求1至16之一所述组合结构，其特征是，所述组合结构有一条轴线，此轴线具有以下特性之一：
(1)所述轴线是直线，
(2)所述轴线是拱形曲线，
(3)所述轴线是折线，
(4)所述轴线由一条或多条直线与一条或多条曲线组成。
19.根据权利要求1至16之一所述组合结构，其特征是，所述组合结构中至少有这样一段沿着长度方向的范围，在此范围内的组合结构截面的外轮廓线是以下之一：
圆形，
椭圆形，
多边形，
由多条曲线组成，
由一条或多条直线，与一条或多条曲线组成。
20.根据权利要求18或19所述组合结构，其特征是，所述组合结构的轴线长度大于组合结构任一横截面的最小覆盖圆直径的2倍。
21.根据权利要求18至20之一所述组合结构，其特征是，所述组合结构中沿着长度方向至少有这样一段范围，在此范围内，所述组合结构的外形是以下之一：
圆柱体、椭圆柱体、棱柱体，
圆台体、椭圆台体、棱台体。
22.根据权利要求18至21之一所述组合结构，其特征是，
在组合结构的沿着长度方向的某一范围内，组合结构的横截面具有以下特征之一：
(1)在横截面上，有一个储能装置，布置在横截面的几何形心上；
(2)在横截面上，有多个储能装置，沿着A部分的内壁布置；优选地，截面上相邻的储能装置之间的距离相等或相近；
(3)在横截面上，有多个储能装置，沿着一个几何图形的周边等间距地布置；所述几何图形与A部分空腔的截面几何形状相似，并且二者几何形心重叠；
(4)在横截面上，有多个储能装置，零散地分布在A部分包围的空腔区域中；优选地，储能装置均匀地地分布在A部分包围的空腔区域中。
23.根据权利要求18至22之一所述组合结构，其特征是具有以下三个特征之一：
(1)所述储能装置是长条形，储能装置的轴线平行于组合结构的轴线；
(2)所述储能装置是长条形，储能装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上并平行于A部分的内壁；
(3)所述储能装置是长条形；储能装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上；储能装置轴线与组合结构轴线之间的夹角，小于A部分的内壁与组合结构轴线之间的夹角。
24.根据权利要求18至23之一所述组合结构，其特征是储能空白区域长径比为0～0.125，或0.125～0.25，或0.25～0.5，或0.5～0.75，或0.75～1.0，或1.0～1.5；
所述储能空白区域是一段长度范围内的组合结构，在该长度范围，每个横截面上都没有储能装置；
所述储能空白区域长径比是指，空白区域的长度与该区域范围内任一横截面的最小覆盖圆的直径之比。
25.根据权利要求18至20之一所述组合结构，其特征是，在组合结构的、沿着长度方向的某一范围内，组合结构同时具有以下的特性(1)和特性(2)：
(1)加压装置是具有如下特征的装置：在组合结构的横截面上，加压装置能够通过改变自身横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；
(2)组合结构的横截面具有以下特征之一：
1)在横截面上，有一个加压装置，布置在横截面的几何形心上；
2)在横截面上，有多个加压装置，沿着A部分的内壁布置；优选地，截面上相邻的加压装置之间的距离相等或相近；
3)在横截面上，有多个加压装置，沿着一个几何图形的周边等间距地布置；所述几何图形与A部分空腔的截面几何形状相似，并且二者几何形心重叠；
4)在横截面上，有多个加压装置，零散地分布在A部分包围的空腔区域中；优选地，加压装置均匀地地分布在A部分包围的空腔区域中。
26.根据权利要求18～20之一或25所述组合结构，在组合结构的、沿着长度方向的某一范围内，组合结构同时具有以下的特性(1)和特性(2)：
(1)加压装置是长条形的；并且，在组合结构的横截面上，加压装置能够通过改变自身横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；
(2)加压装置具有以下三个特征之一：
1)加压装置的轴线平行于组合结构的轴线；
2)加压装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上并平行于A部分的内壁；
3)加压装置的轴线与组合结构的轴线在一个平面上；加压装置轴线与组合结构轴线之间的夹角，小于A部分的内壁与组合结构轴线之间的夹角。
27.根据权利要求18～20之一，或25、或26所述组合结构，其特征是加压空白区域长径比为0～0.125，或0.125～0.25，或0.25～0.5，或0.5～0.75，或0.75～1.0；
所述加压空白区域是一段组合结构，在该段范围内，每个横截面上都没有具有以下性质的加压装置：在组合结构的横截面上，加压装置能够通过改变自身横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；
所述加压空白区域长径比是指，空白区域的长度与该区域范围内任一横截面的最小覆盖圆的直径之比。
28.根据权利要求1～27之一所述组合结构，其特征是，所述已经凝固的B部分材料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B部分材料凝固之后，如果B部分材料还会继续发生收缩，则材料中原来的预压应力会变化，变化之后的预压应力就是所述残留预压应力。
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