CN113638545A - 一种适用于宽温度范围的组合结构和制作方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于宽温度范围的组合结构和制作方法。方法包含制作包围有空腔的A部分；将B部分材料充填到所述空腔中，所述B部分材料是可凝固材料，在向空腔中充填时材料处在可流动状态；安装加压系统，或者，安装加压系统与储能系统；利用加压系统，或者利用加压系统与储能系统，对空腔中的B部分材料施加一个压力作用过程。结构包括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部分是水泥基材料，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

一种适用于宽温度范围的组合结构和制作方法

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“大活塞”，“大活塞”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。

高强混凝土(HC)、超高强混凝土(UHC)、活性粉末混凝土(RPC)受到高温作用时会发生爆裂。一些试验表明当温度达到320℃时，RPC就开始爆裂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的问题是，提高超高强水泥基材料制成的组合结构的承载能力和耐受高温的能力。具体包括，(1)进一步提高强、高超高强水泥基材料的强度，(2)解决组合结构中高强和超高强水泥基材料的高温爆裂问题，或者提高材料发生爆裂的最低温度(3)提高组合结构整体耐受高温的能力。

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

方法部分

一种适用于宽温度范围的组合结构的制作方法，包括：

(1)制作包围有空腔的A部分；

(2)将B部分材料充填到所述空腔中，所述B部分材料是可凝固材料，在向空腔中充填时所述可凝固材料处在可流动状态；在所述B部分材料中，至少有一部分材料在凝固并达到设计强度之后，在常压下会发生高温爆裂；

(3)安装加压系统，或者，安装加压系统与储能系统；

(4)利用加压系统，或者利用加压系统与储能系统，对空腔中的B部分材料施加一个压力作用过程；

步骤(2)和(3)的施工顺序不受文字排列顺序影响，这两个步骤也可以交替进行。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，

(1)所述加压系统包括加压材料和/或加压装置；

所述加压材料至少具有以下特性之一，

a.当加压材料处在可流动状态时，加压材料在A部分包围空腔内部不同区域之间传递压力；

b.当加压材料处在可流动状态时，加压材料在A部分包围空腔内部把压力传递到与之接触的所有截面；

c.加压材料通过增加或减少占据所述A部分包围空腔中的空间，来升高或降低B部分材料受到的压力；

所述加压装置具有如下特性，

当其工作时，能够通增加或减少加压装置的全部或某一部分占据所述A部分包围空腔中的空间，来升高或降低B部分材料受到的压力。

(2)所述储能系统含有储能材料和/或储能装置；

所述储能材料具有如下两个特性，

a.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力升高时，所述储能材料吸收能量；

b.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力降低时，所述储能材料释放能量；当压力变化值相同时，单位体积储能材料吸收或释放的能量远大于同体积B部分材料吸收或释放的能量；

所述储能装置具有如下两个特性，

a.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力升高时，所述储能装置能够吸收能量；当A部分包围空腔中的B部分材料的压力降低时，所述储能装置释放能量；

b.当压力变化值相同时，储能装置吸收或释放的能量远大于同体积B部分材料吸收或释放的能量。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，所述宽温度范围的上限高于B部分材料在达到设计强度或/和达到远期强度之后发生高温爆裂时的温度。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是：

所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度 T₀。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，所述B部分材料至少具有以下特性之一：

(1)B部分材料的升温条件是，当温度高于该预设值之后其温度随时间是单调增加的；所述预设值的取值范围为0℃～250℃，在该范围内至少能够找到一个温度预设值；当满足上述条件时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；

(2)如果满足条件：在常压下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₁(t)+T_h，在预压应力P_b作用下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₂(t)+T_h，其中f₁(t)/f₂(t)＝λ，λ为常数，λ>1；T_h为常数，取值范围为0℃≤T_h≤250℃；

则有以下现象：所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；或者，

所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下，即使在没发生爆裂，其温度也能够高于B部分材料在常压下发生爆裂时的温度T₀；

(3)当升温曲速率相同时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T₀，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，在所述B部分区域中，至少有一部分区域充填的材料至少包括水泥基材料，或高分子材料与水泥基材料的混合物。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是所述加压材料至少包括以下四种材料之一：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。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，所述加压材料是自膨胀材料，所述自膨胀材料是自身能够发生体积膨胀的材料，或者在一定条件下自身能够发生体积膨胀的材料；优选地，所述自膨胀材料是静态破碎剂或膨胀水泥基材料，优选地，所述膨胀水泥基材料是膨胀水泥砂浆、膨胀混凝土。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，所述储能装置至少包括以下之一：

I型储能装置、II型储能装置、III型储能装置、IV型储能装置。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，对A部分空腔中的B部分材料施加压力的方法至少包括以下之一：

(1)通过增加处在可流动状态的加压材料内部的压力来对B部分材料施加压力；优选地，用加压管路向A部分包围的空腔中挤入、挤压所述加压材料；

(2)通过加压装置直接对B部分材料施加压力；

优选的加压装置至少包括以下之一，压杆、加压管路和与之相连的外置加压装置、自膨胀装置、加压气囊、加压液囊、加压气液囊；

所述自膨胀装置的优选方案包括，A型自膨胀装置或/和B型自膨胀装置；

所述A型自膨胀装置的优选方案包括A1型或/和A2型自膨胀装置；

(3)通过加压装置挤压加压材料来对B部分材料施加压力。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，

所述加压气囊是下限气囊，或/和上限气囊，或/和双限气囊；

所述加压液囊是下限液囊，或/和上限液囊，或/和双限液囊；

所述加压气液囊是下限气液囊，或/和上限气液囊，或/和双限气液囊。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，所述加压系统至少具有以下特性之一：

所述加压材料是晚凝加压材料。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，.

所述加压装置是压杆，固定方法的方法是用早强材料水泥基材料或其他快速粘结剂把压杆与组合结构的其他部分粘结在一起；所述早强水泥基材料或快速粘结剂的特征是，其达到设计强度的时间为3～8分钟，或8～15分钟，或15～30分钟，或30～60分钟，或60～120分钟；

所述需要固定压杆的情况是，当压杆受到外部加载装置施加的加压力时，为了卸掉外部加载装置，同时保证在A部分空腔中的可流动介质的压力不明显降低。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，在组合结构上制作高温排气通道；所述高温排气通道的特征是，当温度低于预设值时，排气通道是封闭的，不能够排放流体；当温度高于预设值时，排气通道能够排放气体，进而降低A部分内壁受到的压力。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，所述高温排气通道至少包括以下之一：

(1)在向A部分包围空腔中注入B部分材料之前，在A部分的内壁铺设能够形成排气层的材料；

优选地，铺设低熔点金属网、低熔点化学纤维网、低熔点金属丝与低熔点化学纤维组成的网；

(2)A部分上的有规律分布的排气孔，孔的优选直径为0.1～0.5mm，或0.5～1.0mm，或 1.0～2.5mm，或2.5～5.0，或大于5.0mm；

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，在A部分包围的空腔中，设置耐高温箍筋；优选地，所述箍筋是耐高温环形箍筋或耐高温螺旋箍筋。

进一步的，所述组合结构的制作方法，其特征是，在A部分的外侧设置耐高温箍紧装置在；优选地，耐高温箍紧装置的制作材料中包含耐高温金属材料；优选地，所述耐高温箍紧装的制作材料置中包含耐玄武岩纤维。

进一步的，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。

进一步的，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；

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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；

(2)在横截面上，有一个储能装置，布置在横截面的某一对称轴上；

(3)在横截面上，有一个储能装置，布置在横截面的几何形心上；

(4)在横截面上，有多个储能装置，分别与A部分的内壁接触；优选地，截面上相邻的储能装置之间的距离相等或相近；

(5)在横截面上，有多个储能装置，沿着一个或多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，并且与空腔截面几何形心重叠；

(6)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，储能装置近似均匀地分布在A部分包围的空腔区域中；

进一步的，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大于0，并且小于A部分的内壁与组合结构轴线之间的夹角。

进一步的，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组合结构的某一段长度范围，在该范围内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。

进一步的，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：

a.在横截面上，有一个加压装置，布置在横截面的几何形心上；

b.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；

c.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；

d.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，加压装置均匀地分布在A部分包围的空腔区域中；

进一步的，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：

a.加压装置的轴线平行于组合结构的轴线；

b.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；

c.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。

进一步的，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，每个横截面上都不存在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。

进一步的，所述组合结构，其特征是，在所述空腔中的所述B部分材料处在流动阶段时，至少在其中的某个时间段内，所述加压系统，或者所述加压系统与所述储能系统，对B部分材料施加有压力。

进一步的，所述组合结构，其特征是，在时间超过可卸压时刻t₃之后，对所述加压装置中或所述储能装置中气囊进行如下处理，放掉其中的气体，然后向其中注入可凝固材料；

进一步的，所述组合结构，其特征是，在时间超过t₃之后，对所述加压装置中或所述储能装置中液囊进行如下处理，清空其中的液体，然后向其中注入可凝固材料；

进一步的，所述组合结构，其特征是，在时间超过t₃之后，对所述加压装置中或所述储能装置中气液囊进行如下处理，清空其中的液体，然后向其中注入可凝固材料；

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述可卸压时刻t₃具有以下特性，在t₃时刻之后B部分材料的强度要满足了以下要求：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。

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述可卸压时刻t₃具有以下特性，在t₃时刻之后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。

进一步的，所述的组合结构，其特征是，在所述B部分材料凝固之后，该材料受到预压应力或残留预压应力的作用。

进一步的，述的组合结构，其特征是：

在A部分包围的空腔中的所述B部分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B部分材料都受到预压应力的作用。

进一步的，所述的组合结构，其特征是：

在A部分包围的空腔中的所述B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B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，所述的组合结构中的残留预压应力，其特征是，在B材料凝固之后，B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。

一种适用于宽温度范围的组合结构，其特征是，所述组合结构采用如上述方法之一制作。

一种组合结构的制作方法，其特征是，对用上述方法之一制作的组合结构进行再加工；优选地，对柱形体组合结构截成要求的长度；优选地，是拆除组合结构的端部。

一种复合结构的制作方法，其特征是，在所述复合结构的构成要素中含有，a.采用上述方法之一制作的组合结构，或者，b.对采用上述方法之一制作的组合结构再加工获得的组合结构；

优选地，所述复合结构为以下之一：组合柱、内置一个单柱的钢筋混凝土组合柱、内置一个单柱的钢纤维混凝土组合柱、含有多个单柱的钢筋混凝土组合柱、内置一个单柱的套管混凝土组合柱、内置多个单柱的钢管混凝土组合柱、格构柱、组合梁。

产品部分

一种适用于宽温度范围的组合结构，包括A部分和B部分，其中

A部分由固体材料制作，A部分包围有空腔；

B部分是已经凝固的可凝固材料，充填于所述空腔之内，在常压下B部分材料能够发生高温爆裂的；

B部分中存在有预压应力或者残余预压应力。

进一步的，所述组合结构，其特征是：

所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度 T₀。

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述B部分材料至少具有以下特性之一：

(1)B部分材料的升温条件是，当温度高于该预设值之后其温度随时间是单调增加的；所述预设值的取值范围为0℃～250℃，在该范围内至少能够找到一个温度预设值；当满足上述条件时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；

(2)如果满足条件：在常压下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₁(t)+T_h，在预压应力P_b作用下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₂(t)+T_h，其中f₁(t)/f₂(t)＝λ，λ为常数，λ＞1；T_h为常数，取值范围为0℃≤T_h≤250℃；

则有以下现象：所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；或者，

所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下，即使在没发生爆裂，其温度也能够高于B部分材料在常压下发生爆裂时的温度T₀；

(3)当升温曲速率相同时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T₀，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀。

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述组合结构还包括C部分；所述C部分为一个或多个空间区域，它们都处A部分包围的所述空腔之内；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或一个所述空间区域的一部分，至少被以下之一所占据：某一加压装置、某一加压装置的某些部分、某一储能装置、某一储能装置的某些部分、某些加压材料；

2)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，至少被某一加压装置的遗留物或某一加压装置的某些部分的遗留物全部占据或部分占据；

3)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，至少被某一储能装置的遗留物或某一储能装置的某些部分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或一个所述空间区域的一部分，至少被加压材料的遗留物全部占据或部分占据；

5)在B部分材料凝固之前的一个或多个时间段内，至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，被至少以下之一所占据：某一加压装置、某一加压装置的某些部分、某一储能装置、某一储能装置的某些部分、某些加压材料；

6)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，是不被任何材料或装置所占据，但此空间区域在之前的一个或多个时间段内曾经至少被某一加压装置、或某一储能装置、或某些加压材料占据；

7)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，

在其中充填的是P材料；或者，

在其中充填的是P材料，和，某一加压装置的遗留物的全部或某些部分；或者，

在其中充填的是P材料，和，某一储能装置的遗留物的全部或某些部分；

但所述一个空间区域或所述一个空间区域的一部分，在之前的一个或多个时间段内曾经至少被以下之一所占据：某一加压装置或某一加压装置的某些部分，某一储能装置或某一储能装置的某些部分，某些加压材料；所述P材料的充填时间晚于B材料的充填时间；

优选地，所述P材料是不同于B材料的材料；优选地，所述P材料与B材料相同，材料；

所述可凝固材料是指能够凝固的材料；

所述加压材料的遗留物，是加压材料的某一部分、或某几部分、或全部；

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。

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述B部分材料至少是以下之一：高强混凝土、超高强混凝土、活性粉末混凝土。

进一步的，所述组合结构，其特征是，在所述B部分区域中，至少在其中的一部分区域内的材料中参入有低熔点纤维；优选地，所述参入低熔点纤维的区域是与A部分内壁相邻的区域。

进一步的，所述组合结构，其特征是，

所述加压材料与B部分材料之间，至少有一部分的面积区域是直接接触，或者，

所述加压材料与B部分材料的接触面上，至少有一部分这样的面积区域，在该面积区域上有隔离层把两种材料分开；

优选地，所述管隔离层是透水的或者是不透水的。

进一步的，所述组合结构，其特征是，在所述A部分的外表面设置有耐高温的箍紧装置，优选地，所述耐高温箍紧装置的材料至少包含以下之一，钛合金、不锈钢、玄武岩纤维集束、碳纤维集束。

进一步的，所述组合结构，其特征是，在A部分包围空腔内部，设置有耐高温的环形箍筋，或/和设置有耐高温的螺旋形箍筋；

优选地，所述耐高温的环形箍筋和螺旋箍筋至少含有以下之一材料：钛合金、不锈钢、玄武岩纤维集束、碳纤维集束。

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述加压装置至少包括以下之一：压杆、气囊、液囊、气液囊或自膨胀装置。

进一步的，所述组合结构，其特征是，在组合结构上还有高温排气通道；所述高温排气通道的特征是，当温度低于预设值时，排气通道是封闭的，不能够排放流体；当温度高于预设值时，排气通道能够排放气体，降低A部分内壁受到的压力。

进一步的，所述组合结构，其特征是，所述高温排气通道至少包括以下之一：

(1)由铺设在A部分的内壁上的低熔点材料网在高温条件下熔化形成的排气层；

优选地，铺设低熔点金属网、低熔点化学纤维网、低熔点金属丝与低熔点化学纤维组成的网；

(2)A部分上的有规律分布的排气孔，孔的优选直径为0.1～0.5mm，或0.5～1.0mm，或 1.0～2.5mm，或2.5～5.0，或大于5.0mm；所述排气孔在常温下被低熔点材料封堵或遮挡着，当温度超出预定值时，封堵或遮挡材料熔化，A部分包围空腔中的高压蒸气能够从孔中排除。

进一步的，所述组合结构，其特征是，当B部分材料达到设计强度或达到远期强度之后，组合结构中的B部分材料中仍然留有预压应力或残留预压压力。

一种组合结构，其特征是，所述组合结构是对上述所述组合结构再加工制成；优选地，是对组合结构圆柱截断而成；优选地，是对组合结构端部拆除之后再加工而成。

一种组合结构，其特征是，所述组合结构中包含上述组合结构，或者，包含对上述组合结构加工获得的组合结构。

一种组合结构，其特征是，所述组合结构至少包括以下之一：单柱、组合柱、内置一个单柱的钢筋混凝土组合柱、内置一个单柱的钢纤维混凝土组合柱、含有多个单柱的钢筋混凝土组合柱、内置一个单柱的套管混凝土组合柱、内置多个单柱的钢管混凝土组合柱、格构柱、组合梁

本发明中使用术语的说明

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

V_hy＜V_w+V_c

其中V_hy是水化生成物的绝对体积V_hy，V_w是参与水化的液体的在水化之前的体积，V_c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

表观体积是材料的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。

可凝固材料

能够凝固的材料。

充填在A部分包围空腔中的材料至少包括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。

水泥基材料

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。

水泥基材料包括但不限于：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。

活性掺料包括但不限于：硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣。

高分子材料与水泥基材料的混合物

包括但不限于水泥基材料与某些高分子乳液的混合物，水泥基材料与某些高分子材料粉末的混合物，这些混合物的添加能够改变原来水泥基材料的某些物理、力学特性。

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。包含但不限于石灰、石膏。

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，经历的温度变化与否不受限制；

(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。

相对高流动性

在某一时刻，材料甲与材料乙都受到相同的应力作用，该应力不随时间变化并且其偏量不为零，如果材料甲的偏应变速率比材料乙的偏应变速率高，则称材料甲比材料乙具有相对高流动性。

加压系统

所述加压系统包括加压材料和/或加压装置。

加压材料

加压材料至少具有以下特性之一，

a.当加压材料处在可流动状态时，加压材料在A部分包围空腔内部不同区域之间传递压力；

b.当加压材料处在可流动状态时，加压材料在A部分包围空腔内部把压力传递到与之接触的所有截面；

c.加压材料通过增加或减少占据所述A部分包围空腔中的空间，来升高或降低B部分材料受到的压力；

加压材料的遗留物

加压材料的遗留物，是加压材料的某一部分、或某几部分、或全部。

加压装置的遗留物

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。

晚凝材料

晚凝材料具有以下特性：至少能够找到一个时间段T，它同时具有以下两个特征，

(1)在时间段T内，空腔中B部分材料的剪切粘度逐渐增大；在时间段T结束之前，所述B部分材料的收缩转折点已经出现；

(2)在时间段T内，晚凝材料与B部分材料相比，具有相对高流动性。

晚凝材料中的“晚凝”是对于B部分材料凝固来说的晚凝。

加压装置

加压装置能够通增加或减少占据所述A部分包围空腔中的空间，来升高或降低B部分材料受到的压力。

加压装置包括：压杆、加压管路、加压气囊、加压液囊、加压气液囊、自膨胀装置等。

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。

压杆(或加压杆)

加压杆是一种对A部分包围的空腔中的B部分材料施加压力的装置。加压杆是表面光滑的直杆，穿过在A部分加工出来的加压杆孔，插入到A部分包围的空腔中。加压杆与加压杆孔之间设置有密封圈。加压杆的直径小于A部分空腔中与加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，如果推动加压杆向空腔中移动，加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，不能再推动加压杆向空腔中移动，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，加压杆不能填补这个阶段B部分材料的变形，这是加压杆方法的局限性。为了克服这个弱点，可以把加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，如果用加压杆挤压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，保持加压杆的轴向位置不变，或者，保持加压杆的轴向荷载不变。

当空腔中与加压杆接触的B部分材料的强度，能够抵抗因加压杆失去外部轴向作用力之后给材料带来的应力变化时，可以锯掉加压杆的外露部分。

推动加压杆移动的最简便方法是，把千斤顶固定在组合结构上，用千斤顶推动加压杆移动，实现对 B部分材料施加压力。

加压管路

加压管路是把A部分包围空腔与外置加压装置连接起来的管路，外置加压装置向管路内的处在流动状态的材料施加压力时，压力会传递到A部分包围空腔中的B部分材料上。

优选地，所述外置加压装置是加压缸，类似于注射器，缸内充填这可流动材料，活塞能够挤压可流动材料。

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。

自膨胀材料

自膨胀材料体积能够发生膨胀，或在一定条件下能够发生体积膨胀。

优选地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。

优选地，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，或者水化过程中发生膨胀的水泥基材料。

吸水膨胀材料的供水装置

用一个细管与A部分包围空腔中的吸水膨胀材料相连。细管的另一端伸到A部分的外侧，与水源相连。优选地，水源中的水具有压力。细管具有一定的刚度，在B部分材料的压力下不会被压扁。

外观体积

外表面包围的体积。

自膨胀装置

所述自膨胀装置是，外观体积能够发生膨胀的装置，或在一定条件下外观体积能够发生膨胀的装置。

A型自膨胀装置

A型自膨胀装置包括外皮和气体生成装置。外皮是用无渗透性或几乎无渗透性材料制作的可改变外观体积的密闭装置，或可改变外观形状和外观体积的密闭装置；所述无渗透性是指有压力的气体或/ 和液体不能够通过外皮渗出。当达到某种预设条件时，气体生成装置能够产生气体，所述气体从内部挤压外皮，使自膨胀装置的外观体积增加。

优选地，所述A型自膨胀装置外皮是用高分子材料制作的封闭装置，当其充分鼓胀之后，外形是管状、球状或椭球状。

优选地，所述A型自膨胀装置外皮是两端封堵的非圆形截面金属薄璧管，当内壁压力挤压时，薄璧管的发生形状变化，外观体积增加。

A型自膨胀装置

A型自膨胀装置内气体生成装置中含有两种材料，当二者混合时发生化学反应，产生气体。

优选地，所述两种材料分别是碳酸氢钠和含有氢离子的液体。优选地，在自膨胀装置上安装安全阀，以保证气体压力维持在预设值附近。

优选地，所述两种材料分别是水和聚氨酯注浆液。

A1型自膨胀装置——脆性外壳胶囊

A1型自膨胀装置的密闭空间中存放有化学成分a，以及一个脆性外壳包裹着化学成分b的装置，化学成分a和b混合时能够产生气体。脆性外壳在受到周围压力作用时会破碎，使其中的成分b流出，与成分a混合，产生气体，气体膨胀推动自膨胀装置发生膨胀。当放置在A部分包围空腔中的A1型自膨胀装置受到A部分的空腔中的处在可流动状态的B部分材料挤压时，所述自膨胀装置中的脆性外壳会发生破裂，使化学成分a和b混合，产生气体。

优选地，脆性外壳是玻璃管，其两端是封闭的，断面是非圆形的。进一步地，玻璃管的断面是椭圆形的，或者是矩形的，或者是矩形与两个半圆形的组合，如图2。

优选地，自膨胀装置是两端封闭的橡胶管3210，见图3，其内部放置着化学成分a(3212)和两端封闭的矩形截面玻璃管3213，玻璃管内充填的液体是化学成分b(3214)。当橡胶管受到周围的静水压力挤压时，橡胶管内的玻璃管3213会发生破裂，其中的液体化学成分a(3214)流出与成分b发生反应产生气体。进一步地，成分a为碳酸钠，成分b为盐酸。优选地，成分a是聚氨酯注浆液，成分b是水，二者混合发泡，产生体积膨胀，生成物固化后还具有一定强度。

优选地，化学成分a和b的质量要根据生产气体的质量来确定，所述气体的质量根据环境温度、气体的体积和气体压力来确定。

优选地，在自膨胀装置上设置有安全阀，当气体压力超出预设值时，排放部分气体，保证压力不高出规定值。

A2型自膨胀装置——脆性外壳胶囊

在A2型自膨胀装置的密闭空间中放置有两个有脆性外壳的封闭装置甲和乙，装置甲内部放入一种化学成分a，装置乙内部放入另一种化学成分b，当成分a和b混合时能够产生气体。当装置甲和乙在受到 A2型自膨胀装置的外皮挤压时都会发生破碎，其中的成分a和b混合之后产生气体，气体膨胀推动自膨胀装置膨胀，使其外观体积增加。

优选地，自膨胀装置是两端封闭的橡胶管，见图4。橡胶管3210的内部放置着两个两端封闭的矩形截面玻璃管3211和3213，玻璃管3211内部充填的是化学成分a液体3212，玻璃管3213内部充填的是化学成分b液体3214。当玻璃管受到自膨胀装置的外皮(橡胶管)挤压时，如果压力达到某一数值，玻璃管3211和3213就会发生破裂，无论哪个在先。当两个玻璃管中的液体3214与3212都流出来时，混合之后发生反化学应，产生气体，从内部挤压橡胶管，使其膨胀。

优选地，成分a为碳酸钠溶液，成分b为盐酸。

优选地，成分a是聚氨酯注浆液，成分b是水，二者混合后发泡，产生体积膨胀，生成物固化后还具有一定强度。

自膨胀装置中气体压力上限控制

当自膨胀装置是由气体推动其膨胀时，优先方案之一是在装置上设置安全阀，以保证气体压力维持在预设值附近。当气体压力超出安全阀的预设压力值时，气体从阀口排除，当气体压力低于预设值时，安全阀关闭。

优选地，所述安全阀设置在A部分的外表面之外，通过管路与(A型)自膨胀装置连接。优选地，所述安全阀直接与(A型)型自膨胀装置连接，另一端与通向A部分外表面之外的管路相连。

B型自膨胀装置——记忆合金

自膨胀装置用形状记忆合金制作，或者使用的材料中有形状记忆合金。

当温度变化时记忆合金发生形状变化，进而使自膨胀装置发生体积变化。

当温度处在T1区间范围时，自膨胀装置的外表面包围的体积为最小或接近最小；当温度处在T2区间范围时，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区间温度范围内，但是在 T2区间温度范围内；

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区间范围内时，管壁横截面形状发生变化，外表面包围体积发生膨胀，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。

另一种自膨胀装置是，用柔性材料与记忆合金联合制作，当记忆合金发生形状变化时，带动柔性材料一起变化，进而改变自膨胀装置外表面包围的体积。

储能系统

储能系统含有储能材料和/或储能装置；

储能材料

储能材料具有如下两个特性，

a.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力升高时，所述储能材料吸收能量；

b.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力降低时，所述储能材料释放能量；当压力变化值相同时，单位体积储能材料吸收或释放的能量远大于同体积B部分材料吸收或释放的能量；

储能装置

储能装置具有如下两个特性，

a.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力升高时，所述储能装置能够吸收能量；当A部分包围空腔中的B部分材料的压力降低时，所述储能装置释放能量；

b.当压力变化值相同时，储能装置吸收或释放的能量远大于同体积B部分材料吸收或释放的能量。

储能装置的遗留物

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。

I型储能装置——实心

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——空心+壁弯曲

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——气囊、气液囊

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。

周长不变，通过形状改变来使体积变化；形状不变，通过变化周长使体积变化；通过该形状和周长，来使体积发生变化。

优选地，III型储能装置为A型自膨胀装置。

气囊的形状变化和体积变化

周长不变，通过形状改变来使体积变化。

形状不变，通过变化周长使体积变化，

通过该形状和周长，来使体积发生变化。

下限气囊

下限气囊具有以下特性：当作用在气囊外表面上的静水压力足够大时，气囊的最终截面形状和体积是设计要求的形状和体积。

当组合结构的A部分是钢管时，如果气囊放在A部分包围空腔内的远离内壁的位置，通常要求气囊的截面的最小覆盖圆的半径尽可能地小一些，这时可在气囊内部放入某种形状的支撑物。支撑物的形状的包括，三叶型、四叶型、哑铃形、圆形等。

当气囊的外壁的切向伸长能力很小时，将其视为恒定周长气囊，可采用哑铃形、三叶形、四叶形的支撑物，见图5。这时，气囊的截面周长要略大于或等于支撑物截面的周长。

当气囊外壁的切向伸长能力较大时，支撑物除了可选用哑铃形、三叶形、四叶形(图5，图6)的之外，还可以选用圆形、三角形、正方形等形状。

图6和图7为三叶形支撑物放入到气囊内部的示意图。这时周围气囊外壁的静水压力把气囊压得贴近支撑物表面，气囊形状与支撑物相同，见图6；当气囊内部大压力大于周围的静水压力时，气囊膨胀；当气囊充分展开后，截面将近似为圆形，见图7。

上限气囊

上限气囊的特点是，当气囊膨胀到一定程度之后，会受到约束，其截面不再增大。

采用的方法是，在气囊外面套一个切向抗拉能力很大的柔性套，称之为约束套。例如，气囊的外壁是橡胶制作的，内部没有帘子线。当气囊内部的压力增加到一定程度之后，外壁的某个薄弱截面发生的膨胀量会大于其他截面的。这是如果不对这个截面施加外部约束，这个截面最终会发生破裂。当加装约束套之后，如果某个截面的膨胀量达到约束套的允许量，则不会继续膨胀，而其他膨胀量较小的截面还可以继续膨胀。

双限气囊

这种气囊同时具有上限气囊和下限气囊的特性。

下限液囊

具有下限气囊特性的液囊。

上限液囊

具有上限气囊特性的液囊。

双限液囊

具有双限气囊特性的液囊。

下限气液囊

具有下限气囊特性的气液囊。

上限气液囊

具有上限气囊特性的气液囊。

双限气液囊

具有双限气囊特性的气液囊。

IV型储能装置——A部分

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。

储能空白区域

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；

储能空白区域长径比

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。

加压空白区域

加压空白区域是一段组合结构，在该段范围内同时具有以下两个特性，

(1)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，能够通过改变加压装置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)每个横截面上都没有具有以下性质的加压材料占据的区域：横截面上同时包含加压材料占据的区域和B部分材料占据的区域，能够通过改变加压材料占据区域的横截面面积来改变作用到空腔中的B部分材料上的压力；

加压空白区域长径比

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。

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部分材料充填到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，或者伴随着化学收缩B部分材料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或者发生造成体积收缩的蠕变，或者A部分材料发生蠕变，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。

可卸压时刻t₃

可卸压时刻有一个基本标准和一个较高标准，分别为如下定义。

基本标准：可卸压时刻t₃具有以下特性，在t₃时刻之后B部分材料的强度要满足了以下要求，材料有足够的强度去抵抗因失去加压装置或/和储能装置的压力而带来的B部分材料的压力变化。例如，加压装置是加压杆、加压液囊等，储能装置是气囊、液囊等。

较高标准：可卸压时刻t₃具有以下特性，在t₃时刻之后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或/和失去加压杆压力而带来的B部分材料的压力变化；b.空腔内材料应力状态的改变，不降低或很少降低B部分材料的远期强度。

加压装置的后处理方法

如果加压装置是加压杆，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。

低熔点纤维

熔点很低的纤维。例如用聚丙烯材料制作的防爆裂纤维，有的熔点仅为85℃。

低熔点排气管

低熔点排气管用低熔点材料制作，内部充填满液体，端部封闭，液体的沸点低于排气管材料的熔点。在空腔中被B部分材料挤压时，由于内部充填有液体，不会被压扁。当温度达到一个设定值时，此排气管与A部分之外的连接通道开通；当温度达到排气管的管材熔点时，管材熔化，管内液体变成蒸汽排除A部分之外。排气管在空腔中留下的空洞，没有被管材的熔化物填满，能够作为B部分材料的蒸气排放通道。

优选地，低熔点排气管的外径为2～10mm。

排气通道

能够排除掉蒸汽的通道。优选地，低熔点排气管留下的通道。

排气孔

在组合结构A部分按照某种分布规律设置有小孔，这些小孔用低熔点材料封堵，当温度高于低熔点材料的熔点时，材料失去强度，A部分包围空腔中的气体能够从小孔中排除。

优选地，所述小孔的直径为0.1～1mm，或1～2mm，或2～5mm，或大于5mm。

封堵小孔的优先方法包含但不限于以下方法：

a.用低熔点金属片或用低熔点高分子材料制成的片状装置放置在A部分的内壁上盖住小孔；

b.把低熔点材料熔化后浇筑到小孔中，并让浇筑材料在A部分内壁形成一个突出的部分；

c.用低熔点材料制作成“钉子”，插入孔中，钉子的大头在A部分的内侧。

排气层

是层状材料，其中存在有分布式的空隙和/或孔隙，或者，在高温下能够生成分布式的空隙和/或孔隙，这些空隙和/或孔隙有通道与A部分之外相连，能够把气体从空腔内排除去。

优选地，生成排气层的方法之一是：在向空腔中充填B部分材料之前，用低熔点金属网、或低熔点化学纤维网、或低熔点金属丝与低熔点化学纤维制成的网铺设在A部分包围空腔的内壁，这些网与A部分的排气孔相连，或者与低熔点排气管相连，所述排气管与A部分的排气孔相连。所述排气孔用低熔点材料封堵，在常温下受压的可流动的B部分材料不能从中流出。

蒸汽排除的作用

当A部分包围的空腔中产生气体时，如果A部分不允许空腔中的气体排出，则A部分内壁上的最大压力是，B部分材料外表面上固体凸出处作用到内壁上的等效压力，加上A部分内壁与B部分固体表面之间的蒸汽压力p_s。所述等效压力是，在A部分内壁某一微小表面区域上受到的B部分表面固体凸出处作用的压力的合力除以相应区域的面。所述蒸汽压力p_s大体上等于B部分材料内部的开放空隙中的气体压力，所述开放空隙是B部分材料内部的那些与表面联通的空隙。由于B部分材料中还存在封闭空隙，所以开放空隙只是总空隙的一部分。在常压下，B部分材料发生高温爆裂的原因是，封闭空隙内部蒸气压力引起材料整体上产生拉力，当蒸汽压力足够大时，材料被拉裂。

如果能够把作用到A部分内壁上蒸汽压力消除掉，则A部分内壁上受到的总压力可以降低。把能够直接对A部分内壁产生压力的蒸气排放掉可消除相应的压力。由于B部分材料中封闭空隙的体积占据的比例很小，当保持B部分材料内的开放空隙中的蒸气压为零时，如果只对B部分的外表面施加压力，则为防止爆裂需要施加的压力远小于相应温度下B部分材料内部封闭空隙中的蒸汽压力。

气囊、液囊、气液囊在高温条件下的应用I

当采用气囊、气液囊、液囊作为加压装置或储能装置时，如果要在高温条件下仍然使用，优先采取以下措施。

(1)在A部分包围空腔中的材料凝固之后的某一时刻，把A部分包围空腔中的所有气囊、液囊、气液囊中的气体、液体全部排放出来。之后，可以向其中的空间充填可凝固材料，也可不充填任何东西。

(2)在A部分包围空腔中的材料凝固之后的某一时刻，把A部分包围空腔中的所有气囊、液囊、气液囊中的气体、液体全部排放出来，然后把气囊、液囊、气液囊的全部外皮或部分外皮取出来。之后，向它们原来占据的空间充填耐高温的可凝固材料。优选地，可凝固材料是水泥基材料。

气囊、液囊、气液囊在高温条件下的应用II

设计要求：在组合结构进入服役阶段，处在A部分包围空腔中的气囊、液囊、气液囊中的气体或/和液体仍然保留着设计要求的压力封存在囊中。在这个条件下使用这些装置，需要采用以下方法处理。

气囊、液囊、气液囊要留有高压气体释放通道，以便于当温度升高导致其中的气体压力超过设计要求值时，能够释放掉其中的压力。

可采用以下具体方法。在气囊、气液囊、液囊的外壳上设置一个出气通道，在该通道上安装有一个压力或/和温度限定装置，在规定的温度或/和压力范围内时，该装置封堵住排气通道，囊中的气体或液体保持着原有的压力在囊中封存。当压力或/和温度超出设定值之后，该装置就能够让囊中的气体或液体从中排出。

进一步地，该压力温度限定装置可选用低熔点金属制作，工作原理类似于高压锅的易熔片。此装置也可以用高分子材料制作。例如，用聚丙烯材料制作气囊外壳的某一部分，或与气囊相连的一个封闭装置。在常温下，聚丙烯材料具有一定的机械强度，保证气囊中的压缩气体不被泄露；当温度高于某一数值之后，该部分的聚丙烯材料熔化，囊中气体从中释放。

在气囊、气液囊、液囊周围，要留有气体排出到A部分包围空腔的通道。可直接预留通道，也可用低熔点排气管，或把气囊、气液囊、液囊靠着排气层放置。

A部分外侧耐高温箍紧装置

A部分包围空腔中的耐高温环形箍筋

耐高温环形箍筋使用的材料是耐高温材料，包含但不限于钛合金、不锈钢、碳纤维、玄武岩纤维。

优选地，当用碳纤维或玄武岩纤维制作环形箍筋时，用长度远远地大于环形箍筋周长的纤维多周缠绕；优选地，用卡具把环形箍筋中的多圈纤维箍紧，使其受拉时类似于纤维集束；优选地，为了保证用纤维制作的环形箍筋有固定的形状，把环形箍筋固定在环形骨架上，优先地，环形骨架是金属环。 A部分包围空腔中的耐高温螺旋箍筋

耐高温螺旋箍筋与钢筋混凝土柱子中的螺旋箍筋相似，箍筋的整体形状是螺旋形的，螺旋箍筋缠绕包围的区域包括圆形、椭圆形、外凸多边形等。

耐高温螺旋箍筋使用的材料是耐高温材料，包括钛合金、不锈钢、碳纤维束、玄武岩纤维束等。优选地，所述碳纤维束或玄武岩纤维束固定在螺旋形支架上。

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是脆性外壳的截面形状。

图3化学反应自膨胀装置示意图。

图4化学反应自膨胀装置示意图。

图5气囊、液囊、气液囊的支撑物优选截面形状。图6内部有的支撑物的气囊、液囊、气液囊在外部受压时的截面形状。

图7内部有的支撑物的气囊、液囊、气液囊膨胀之后的截面形状。

图8是实施例1中的钢管混凝土结构竖向剖面图。

图9是实施例1中的钢管混凝土结构A-A横截面剖面图。

图10是实施例2中的钢管混凝土结构竖向剖面图

图11是实施例2中的钢管混凝土结构A-A横截面剖面图。

图12是实施例3中的钢管混凝土结构竖向剖面图。

图13是实施例3中的钢管混凝土结构A-A横截面剖面图。

具体实施方式

技术路线

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。

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。

HC、UHC和RPC在高温下产生爆裂的原因如下。第一，主要是RPC内部有些成分在高温下发生分解，产生出水蒸气；当然如果这两种材料中还有水化剩余水分，也会变成水蒸气，不过这种情况不是常见的。由于这三种混凝土的空隙很少，蒸气不能顺着空隙排出去，积存在材料内部就产生了蒸气压力。在高温作用下水蒸气的压力达到一定值之后，从内部把RPC材料张裂。第二，在高温作用下，结构中的HC、UHC和RPC的温度场是不均匀的，会产生温度应力，在某些局部区域会产生拉应力。第三，在UHC和RPC材料内部，如果采用无预压成形，会有缺陷，这些缺陷在温度应力和内部蒸气压力作用下，会引发材料开裂。

通过试验发现，如果在RPC材料周围对其施加足够的约束压力之后，RPC的高温爆裂现象没有出现。其原因是，周围的压力使HC、UHC和RPC内部有一个压应力场，蒸气压力产生的拉力和温度应力产生的拉力在与周围压力产生的压应力场叠加之后，RPC内部没有拉应力或拉应力小于材料的抗拉能力。

当采用预压成形时，HC、UHC和RPC内部的缺陷基本上都消除了，材料本身对拉应力不再敏感，不容易发生开裂。

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。

当高强、高超高强水泥基材料受到周围压力作用时，发生高温爆裂的温度随着周围压力的升高会提高。

本发明的技术路线是，从高强、超高强混凝土处在可流动状态开始，直到结构的使用寿命到期为止，一直让组合结构中高强和超高强混凝土材料在三个方向都受到压应力作用。在凝固之前和凝固过程中受到压应力作用，可提高水泥基材料的强度；在使用阶段受到三个方向的压应力作用，可提高水泥基材料的强度，提高发生高温爆裂的温度。

组合结构特例

单柱

一个柱子，只有一个包围有空腔的A部分，其空腔中的充填物包括B材料。优选地，所述单柱可以用作独立的构件；优选地，所述单柱用来作为要素制作其他构件。

用组合结构制作的几种复合结构

组合柱

至少含有一个单柱，此外还有其他用来分担荷载的部分。

内置一个单柱的钢筋混凝土组合柱

单柱外面被混凝土包裹，混凝土中配有钢筋，混凝土分担柱子承受的荷载。优选地，在单柱外面设置有栓钉，用来增强钢纤维混凝土与单柱外表面的连接。

内置一个单柱的钢纤维混凝土组合柱

单柱外面被钢纤维混凝土包裹，钢纤维分担柱子承受的荷载。优选地，在单柱外面设置有栓钉，用来增强钢纤维混凝土与单柱外表面的连接。

含有多个单柱的钢筋混凝土组合柱

多个单柱平行放置，其间隙中充填有混凝土，其外侧包裹着被混凝土，混凝土中至少配有箍筋。

内置一个单柱的套管混凝土组合柱

一个单柱外面套着另一个称为外管的管子，在单柱外侧与外管内壁之间充填有可凝固材料。优选地，可凝固材料是水泥基材料。

内置多个单柱的钢管混凝土组合柱

多个平行放置的单柱外面套着一个外管。在外管内壁包围的区域中，在单柱占据的区域之外，都充填着可凝固材料。

格构柱

一种格构柱，其特征是，所述格构柱中包含用本发明技术方案制作的单柱。

实施例

实施例中只给出单柱的制作方法和结构。

实施例1.

如图8和图9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部分为超高强细石混凝土2。储能装置是橡胶棒4，加压装置加压杆3组成。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内部空腔的整个高度。储能空白区域长径比为0.02。

在钢管的侧面钻若干个直径为0.5～2.0mm的小孔，在有孔位置的内壁衬上低熔点金属片,以防止处在可流动状态的B部分材料在受压时从孔中流出。当火灾发生时，如果A部分温度高于低熔点金属易熔片的熔化温度，则金属片熔化，A包围空腔中的蒸气从小孔中排除。蒸气的排除有利于降低钢管内壁受到的压力。为了提高耐火效果，钢管、法兰盘、端盖都要使用耐高温钢材，并在服役之前在外表面涂抹防火涂料。

B部分材料为超高强细石混凝土，标准养护后的立方体强度为170MPa。细石混凝土在在水化过程中，处在可流动状态时，受到的压力为50MPa。

让加压杆3穿过上端板的中心孔，深入到空腔中的细石混凝土2中，对加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加压杆与中心孔之间的缝隙中流出。加压杆表面是光滑的。

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；当距离管口不到2cm时，停止充填。

(3)把上端板110与法兰盘111连接到一起。

(4)再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；细管外径要小于中心孔的直径，在充填细石混凝土的过程中，空气从细管与孔壁之间的间隙排出。

(5)把密封圈安装到上端板的中心孔中，把加压杆3穿过此孔，对加压杆施加荷载，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，就立即把加压杆固定到上端板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，维持加压杆上的荷载恒定，直到过了时间t_Z0时刻，然后把加压杆固定到上端板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，维持加压杆上的荷载恒定，直到时间到达t₁时刻，然后把加压杆固定到上端板110上，卸掉对其施加恒力的外部加载装置；t₁时刻可以在t_Z0前，也可以在t_Z0之后，t₁是根据施工进度需要选择的时间。

其中t_Z0的含义是：在水化过程阶段II中存在一个时间t_Z0，当加压杆受到恒定轴向外力作用时，在 t_Z0时刻之前加压杆的位移速度较大，在t_Z0之后加压杆的位移速度明显变低。

加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，则加压杆会随之向空腔中移动，填补收缩掉的体积。

当把加压杆固定到上端板110上之后，如果混凝土还继续收缩，则加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.

如图10图11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。上端盖上偏离中心处另有一个带内螺纹的圆孔1101，当通过钢管向空腔中充填材料时，圆孔用来排出空腔中的气体；当充填完成之后，用丝堵堵住此孔。1102和1103为螺丝孔，其中的螺栓用来连接上端盖和法兰盘。

在上端盖的中心处安装有一个钢管311，它与上端盖110之间经过密封处理，不会渗漏液体。钢管 311的上端内部加工有沟槽，用来放置密封圈312。在钢管孔内放置有一个加压杆，其表面是光滑的，密封圈312就是用来密封钢管311与加压杆310之间的间隙。图10表示的是对钢管内部进行加压时的状态。钢管内部充填材料21和22是RPC，材料32是加有速凝剂的水泥砂浆(速凝砂浆)，将此砂浆的凝结时间调整到10～12分钟。

钢管12的内壁上安装有六个储能装置41，它们是两端封堵的、截面为哑铃形的钢管(参见图1)，在外表面受到15MPa的静水压力时只有弹性变形。哑铃形钢管采用双刚度设计思想：当周围的静水压力较低时，哑铃腰部的两侧管壁是分开的，如图1所示；当周围压力较高时，腰部的两侧管壁发生接触，这时钢管的刚度会大幅度地增加。在15MPa的静水压力下，哑铃的腰部两侧管壁发生接触。

施工步骤如下。

(1)把底板13、钢管12、法兰盘111连接在一起，把钢管311与上端盖110连接在一起，

(2)确定储能装置安放的位置，沿着位置线在钢管内壁上钻若干个小孔，在钢管内壁上衬上低熔点金属片，把储能装置41固定到钢管内壁上。

(3)再把上端盖110与法兰盘111连接在一起。

(4)通过钢管311的圆孔向钢管12内部充填RPC，直到充填满。然后，把加压杆310插入钢管311 的孔中，向下推进20cm，在这个过程中圆孔1101是开着的，会有一些RPC从此孔流出，也会有一些从加压杆310与钢管311的间隙流出。用丝堵把圆孔1101堵住，再把加压杆310抽出，清理干净密封圈312的沟槽，放入密封圈。向钢管311中注入速凝水泥砂浆，注意不要蹭到密封圈上以及密封圈以上的钢管内壁上，砂浆上表面要低于密封圈一段距离。再加压杆310插入钢管 311的孔中，加压杆穿过密封圈，挤压速凝砂浆。继续推动加压杆310，直到加压杆的截面压应力到达15MPa，然后保持在这个位置不动，等待速凝水泥砂浆凝固并达到需要的强度。卸掉推动加压杆的装置，在适当的时候，把外露的钢管311连同加压杆310一道锯断。

实施例3.

图12和图13为钢管混凝土柱子在施工过程中的示意图。图12和图13中的编号110、1101、 1102、1103、111、12、13的含义与在图10、图11中的相同。

在图12中，钢管12的内部设置有钢管311和薄璧圆桶312，薄璧圆桶312的底部313与钢管311 连接在一起，钢管311穿透圆桶312的底部313，钢管311内部的材料322能够从钢管322的下端流出到桶底313的下面。区域321、322、323、324、325之间是联通的，充填的材料用作加压材料，都是同一种缓凝RPC，记为RPC-1；区域21与22之间也是联通的，都属于圆桶内部的空间，充填的材料都是B 部分材料，都是正常凝结速度的RPC，记为RPC-2。

要求缓凝RPC-1(321、322、323、324、325)的开始凝结的时间出现在正常RPC-2(21/22)的体积收缩转折点出现时刻之后。

储能装置4是A1型自膨胀装置，外皮是两端封闭橡胶管，内部有一个用玻璃制成的脆性胶囊，胶囊中含有参与反应的成分。当自膨胀装置周围的加压材料321的压力达到4～7MPa时，所述脆性胶囊被压碎，两种化学成分混合，产生气体。储能装置对组合结构截面的占据虽然削弱了相应截面的承载能力，但由于钢管311具有较大的承载能力，可以抵消一部分截面削弱的影响。如果加压装置能够对加压杆310 施加恒定的压力，可去掉储能装置4，这就避免了储能装置对柱子截面的削弱。采用储能装置的好处是，施工方便。可以每隔一段时间快速对加压杆施加一个位移，或者一次把B部分材料的压力加到预设值，然后固定住压杆。

对B部分材料施加压力的预设值取为10MPa。

施工步骤如下。

(1)把底板13、钢管12、法兰盘111连接在一起。

(2)加工薄壁圆桶312-313-311，把薄壁圆筒312、桶底313和钢管311连接到一起。

(3)把薄壁圆桶324-311-311固定到粗钢管12的内部，用连接装置314把他们连接在一起；把钢管316与上端盖110连接在一起，并把密封圈放置在钢管316的沟槽中。

(4)把储能装置4放入钢管311的孔中。

(5)向区域321、322、323、324、325内充填缓凝的RPC-1，可用细管插入到这些区域向其中注入。向区域21和22中充填正常凝结的RPC-2，充填过程中注意控制RPC-1和正常RPC-2 之间的相对高度，使区域21和22中的材料高于薄壁圆筒外侧区域的，避免把薄壁圆筒压瘪。

(6)当薄璧圆桶中的正常凝结的RPC-2(21和22)的高度快达到薄壁圆筒的筒壁高度时，停止充填这部分材料，但还可以继续充填缓凝RPC-1材料，但不要超出钢管12的高度。

(7)把上端盖110与法兰盘连接在一起，通过钢管316的孔中继续向区域325中充填缓凝RPC，当充填满之后，停止充填。用丝堵封堵圆孔1101，把加压杆插入钢管316的孔中，穿过密封圈。

(8)施加压力的方法：

用加载装置对加压杆施加轴向位移，同时测量轴向压力。当加压材料321的压力达到4～7MPa 时，自膨胀装置322中的脆性胶囊破裂，产生气体。当加压杆的截面压应力达到10MPa时，保持位移恒定。

(9)向加压杆310与钢管316的间隙中注入速凝胶，当胶的强度达到要求后，卸掉给加压杆施加位移的加压装置。

(10)在缓凝的RPC-1达到足够的强度之后，从外面根部锯断钢管316和加压杆310。

Claims (27)

1.一种适用于宽温度范围的组合结构的制作方法，包括：

(1)制作包围有空腔的A部分；

(2)将B部分材料充填到所述空腔中，

所述B部分材料是可凝固材料，在向空腔中充填时所述可凝固材料处在可流动状态；在所述B部分材料中，至少有一部分材料具有如下特性，在凝固并达到设计强度之后，在常压下会发生高温爆裂；

(3)安装加压系统，或者，安装加压系统与储能系统；

(4)利用加压系统，或者利用加压系统与储能系统，对空腔中的B部分材料施加一个压力作用过程；

步骤(2)和(3)的施工顺序不受文字排列顺序影响，这两个步骤也可以交替进行。

2.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，

(1)所述加压系统包括加压材料和/或加压装置；

所述加压材料至少具有以下特性之一，

a.当加压材料处在可流动状态时，加压材料在A部分包围空腔内部不同区域之间传递压力；

b.当加压材料处在可流动状态时，加压材料在A部分包围空腔内部把压力传递到与之接触的所有截面；

c.加压材料通过增加或减少占据所述A部分包围空腔中的空间，来升高或降低B部分材料受到的压力；

所述加压装置具有如下特性，

当其工作时，能够通增加或减少加压装置的全部或某一部分占据所述A部分包围空腔中的空间，来升高或降低B部分材料受到的压力。

(2)所述储能系统含有储能材料和/或储能装置；

所述储能材料具有如下两个特性，

a.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力升高时，所述储能材料吸收能量；

b.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力降低时，所述储能材料释放能量；当压力变化值相同时，单位体积储能材料吸收或释放的能量远大于同体积B部分材料吸收或释放的能量；

所述储能装置具有如下两个特性，

a.当A部分包围空腔中的B部分材料的压力升高时，所述储能装置能够吸收能量；当A部分包围空腔中的B部分材料的压力降低时，所述储能装置释放能量；

b.当压力变化值相同时，储能装置吸收或释放的能量远大于同体积B部分材料吸收或释放的能量。

3.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，所述宽温度范围的上限高于B部分材料在达到设计强度或/和达到远期强度之后发生高温爆裂时的温度。

4.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是：

所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀。

5.根据权利要求1或4所述组合结构的制作方法，其特征是，所述B部分材料至少具有以下特性之一：

(1)B部分材料的升温条件是，当温度高于该预设值之后其温度随时间是单调增加的；所述预设值的取值范围为0℃～250℃，在该范围内至少能够找到一个温度预设值；

当满足上述条件时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；

(2)如果满足条件：在常压下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₁(t)+T_h，在预压应力P_b作用下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₂(t)+T_h，其中f₁(t)/f₂(t)＝λ，λ为常数，λ＞1；T_h为常数，取值范围为0℃≤T_h≤250℃；

则有以下现象：所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；或者，

所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下，即使在没发生爆裂，其温度也能够高于B部分材料在常压下发生爆裂时的温度T₀；

(3)当升温曲速率相同时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T₀，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀。

6.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，在所述B部分区域中，至少有一部分区域充填的材料至少包括水泥基材料，或高分子材料与水泥基材料的混合物。

7.根据权利要求2所述组合结构的制作方法，其特征是所述加压材料至少包括以下四种材料之一：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。

8.根据权利要求2所述组合结构的制作方法，其特征是，所述加压材料是自膨胀材料，所述自膨胀材料是自身能够发生体积膨胀的材料，或者在一定条件下自身能够发生体积膨胀的材料；优选地，所述自膨胀材料是静态破碎剂或膨胀水泥基材料，优选地，所述膨胀水泥基材料是膨胀水泥砂浆、膨胀混凝土。

9.根据权利要求2所述组合结构的制作方法，其特征是，所述储能装置至少包括以下之一：

I型储能装置、II型储能装置、III型储能装置、IV型储能装置。

10.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，对A部分空腔中的B部分材料施加压力的方法至少包括以下之一：

(1)通过增加处在可流动状态的加压材料内部的压力来对B部分材料施加压力；优选地，用加压管路向A部分包围的空腔中挤入、挤压所述加压材料；

(2)通过加压装置直接对B部分材料施加压力；

优选的加压装置至少包括以下之一，压杆、加压管路和与之相连的外置加压装置、自膨胀装置、加压气囊、加压液囊、加压气液囊；

所述自膨胀装置的优选方案包括，A型自膨胀装置或/和B型自膨胀装置；

所述A型自膨胀装置的优选方案包括A1型或/和A2型自膨胀装置；

(3)通过加压装置挤压加压材料来对B部分材料施加压力。

11.根据权利要求10所述组合结构的制作方法，其特征是，

所述加压气囊是下限气囊，或/和上限气囊，或/和双限气囊；

所述加压液囊是下限液囊，或/和上限液囊，或/和双限液囊；

所述加压气液囊是下限气液囊，或/和上限气液囊，或/和双限气液囊。

12.根据权利要求1或2至10之一所述组合结构的制作方法，其特征是，所述加压系统至少具有以下特性之一：

所述加压材料是晚凝加压材料。

13.根据权利要求1、2或10所述组合结构的制作方法，其特征是，.

所述加压装置是压杆，固定方法的方法是用早强材料水泥基材料或其他快速粘结剂把压杆与组合结构的其他部分粘结在一起；所述早强水泥基材料或快速粘结剂的特征是，其达到设计强度的时间为3～8分钟，或8～15分钟，或15～30分钟，或30～60分钟，或60～120分钟；

所述需要固定压杆的情况是，当压杆受到外部加载装置施加的加压力时，为了卸掉外部加载装置，同时保证在A部分空腔中的可流动介质的压力不明显降低。

14.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，在组合结构上制作高温排气通道；所述高温排气通道的特征是，当温度低于预设值时，排气通道是封闭的，不能够排放流体；当温度高于预设值时，排气通道能够排放气体，进而降低A部分内壁受到的压力。

15.根据权利要求1或14所述组合结构的制作方法，其特征是，所述高温排气通道至少包括以下之一：

(1)在向A部分包围空腔中注入B部分材料之前，在A部分的内壁铺设能够形成排气层的材料；

优选地，铺设低熔点金属网、低熔点化学纤维网、低熔点金属丝与低熔点化学纤维组成的网；

(2)A部分上的有规律分布的排气孔，孔的优选直径为0.1～0.5mm，或0.5～1.0mm，或1.0～2.5mm，或2.5～5.0，或大于5.0mm。

16.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，在A部分包围的空腔中，设置耐高温箍筋；优选地，所述箍筋是耐高温环形箍筋或耐高温螺旋箍筋。

17.根据权利要求1所述组合结构的制作方法，其特征是，在A部分的外侧设置耐高温箍紧装置在；优选地，耐高温箍紧装置的制作材料中包含耐高温金属材料；优选地，所述耐高温箍紧装的制作材料置中包含耐玄武岩纤维。

18.根据权利要求1～17之一所述组合结构的制作方法，其特征是，当B部分材料达到设计强度或达到远期强度之后，组合结构中的B部分材料中仍然留有预压应力或残留预压压力。

19.一种适用于宽温度范围的组合结构，其特征是，所述组合结构采用如权利要求1～17之一所述方法制作。

20.一种适用于宽温度范围的组合结构，包括A部分和B部分，其中

A部分由固体材料制作，A部分包围有空腔；

B部分是已经凝固的可凝固材料，充填于所述空腔之内，在常压下B部分材料能够发生高温爆裂的；

B部分中存在有预压应力或者残余预压应力。

21.根据权利要求20所述组合结构，其特征是：

所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀。

22.根据权利要求20所述组合结构，其特征是，所述B部分材料至少具有以下特性之一：

(1)B部分材料的升温条件是，当温度高于该预设值之后其温度随时间是单调增加的；所述预设值的取值范围为0℃～250℃，在该范围内至少能够找到一个温度预设值；

当满足上述条件时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；

(2)如果满足条件：在常压下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₁(t)+T_h，在预压应力P_b作用下的B部分材料的升温曲线公式为T＝f₂(t)+T_h，其中f₁(t)/f₂(t)＝λ，λ为常数，λ＞1；T_h为常数，取值范围为0℃≤T_h≤250℃；

则有以下现象：所述B部分材料受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T_b，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀；或者，

所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下，即使在没发生爆裂，其温度也能够高于B部分材料在常压下发生爆裂时的温度T₀；

(3)当升温曲速率相同时，所述B部分材料在受到预压应力P_b作用下发生爆裂的温度T₀，高于B部分材料在常压下发生爆裂的温度T₀。

23.根据权利要求20所述组合结构，其特征是，所述组合结构还包括C部分；所述C部分为一个或多个空间区域，它们都处A部分包围的所述空腔之内；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或一个所述空间区域的一部分，至少被以下之一所占据：某一加压装置、某一加压装置的某些部分、某一储能装置、某一储能装置的某些部分、某些加压材料；

2)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，至少被某一加压装置的遗留物或某一加压装置的某些部分的遗留物全部占据或部分占据；

3)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，至少被某一储能装置的遗留物或某一储能装置的某些部分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或一个所述空间区域的一部分，至少被加压材料的遗留物全部占据或部分占据；

5)在B部分材料凝固之前的一个或多个时间段内，至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，被至少以下之一所占据：某一加压装置、某一加压装置的某些部分、某一储能装置、某一储能装置的某些部分、某些加压材料；

6)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，是不被任何材料或装置所占据，但此空间区域在之前的一个或多个时间段内曾经至少被某一加压装置、或某一储能装置、或某些加压材料占据；

7)至少有一个所述空间区域或一个所述空间区域的一部分，

在其中充填的是P材料；或者，

在其中充填的是P材料，和，某一加压装置的遗留物的全部或某些部分；或者，

在其中充填的是P材料，和，某一储能装置的遗留物的全部或某些部分；

但所述一个空间区域或所述一个空间区域的一部分，在之前的一个或多个时间段内曾经至少被以下之一所占据：某一加压装置或某一加压装置的某些部分，某一储能装置或某一储能装置的某些部分，某些加压材料；所述P材料的充填时间晚于B材料的充填时间；

优选地，所述P材料是不同于B材料的材料；优选地，所述P材料与B材料相同，材料；

所述可凝固材料是指能够凝固的材料；

所述加压材料的遗留物，是加压材料的某一部分、或某几部分、或全部；

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。

24.根据权利要求20所述组合结构，其特征是，所述B部分材料至少是以下之一：高强混凝土、超高强混凝土、活性粉末混凝土。

25.根据权利要求20所述组合结构，其特征是，在组合结构上还有高温排气通道；所述高温排气通道的特征是，当温度低于预设值时，排气通道是封闭的，不能够排放流体；当温度高于预设值时，排气通道能够排放气体，降低A部分内壁受到的压力。

26.一种组合结构，其特征是，所述组合结构是对如权利要求20～25所述组合结构加工制成；优选地，是对组合结构圆柱截断而成；优选地，是对组合结构端部拆除之后再加工而成。

27.一种复合结构，其特征是，所述复合结构的构成要素中包含有如权利要求20～25所述组合结构，或者，所述复合结构的构成要素中含有，对如权利要求20～25所述组合结构进行再加工获得构件；

优选地，所述复合结构为以下之一：组合柱、内置一个单柱的钢筋混凝土组合柱、内置一个单柱的钢纤维混凝土组合柱、含有多个单柱的钢筋混凝土组合柱、内置一个单柱的套管混凝土组合柱、内置多个单柱的钢管混凝土组合柱、格构柱、组合梁。

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