本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件領(lǐng)域，具體涉及一種剛壁氣承軸心受壓桿件。

背景技術(shù)：

網(wǎng)架、網(wǎng)殼等空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形式在體育場(chǎng)館、火車(chē)站、航站樓及一些特種結(jié)構(gòu)中均有大量應(yīng)用。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由不同長(zhǎng)度的剛性桿件按一定的拓?fù)潢P(guān)系組合而成。通常，結(jié)構(gòu)中的桿件是以軸向受力為主，當(dāng)采用鉸接節(jié)點(diǎn)時(shí)，構(gòu)件則僅承受軸力作用。對(duì)于受拉桿件來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)采用高強(qiáng)度材料來(lái)提高桿件的受拉承載力，而受壓桿件的承載力則是由穩(wěn)定性控制，材料強(qiáng)度對(duì)受壓桿件的承載力影響不大。受長(zhǎng)細(xì)比的限制，受壓桿件不能較好地傳遞較長(zhǎng)距離的壓力，此外，這也限制了高強(qiáng)度材料在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

為提高工程結(jié)構(gòu)中桿件的軸心受壓承載力，充分利用高強(qiáng)度材料，有必要發(fā)明一種新形式的桿件，該形式的桿件具有較高的軸心受壓穩(wěn)定性，可充分利用材料的受拉強(qiáng)度，從而達(dá)到為工程結(jié)構(gòu)減重的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種剛壁氣承軸心受壓桿件，通過(guò)氣囊承壓將軸心受壓桿件軸向壓力轉(zhuǎn)化為剛壁拉應(yīng)力，充分利用剛壁材料的受拉強(qiáng)度，提高桿件的軸心受壓承載力。

技術(shù)方案

一種剛壁氣承軸心受壓桿件，其特征在于包括剛性管1、氣囊6、氣壓計(jì)5、持力板3和螺紋蓋2；氣囊6沿軸向放置于剛性管1內(nèi)，氣囊6的充氣閥門(mén)4通過(guò)剛性管1管壁的充氣孔伸出剛性管1外側(cè)并固定；氣壓計(jì)5通過(guò)剛性管1管壁的連通孔與氣囊6相連通；氣囊6的兩端設(shè)有持力板3，兩個(gè)螺紋蓋2與剛性管1兩端通過(guò)螺紋緊密連接；所述兩個(gè)持力板3在剛性管1內(nèi)為移動(dòng)接觸；所述氣囊6的長(zhǎng)度和直徑分別與剛性管的長(zhǎng)度和內(nèi)徑相一致；螺紋蓋的中心預(yù)留用于持力板與外界連接的圓形孔洞，孔洞的直徑小于持力板的直徑。

所述剛性管1上、連通氣囊6的充氣孔和氣壓計(jì)連通孔的柱面中心間距不能少于3倍最大孔洞直徑。

所述兩個(gè)連通孔的周?chē)M(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

所述氣囊6的材料采用具有收縮性的膜材。

所述持力板材料采用剛性材料。

有益效果

本發(fā)明提出的一種剛壁氣承軸心受壓桿件，剛壁氣承軸心受壓桿件包括剛性管、氣囊、氣壓計(jì)、持力板和螺紋蓋，所述剛性管在其管壁預(yù)留氣囊充氣孔和氣壓計(jì)連通孔，所述氣囊沿剛性管內(nèi)部軸向放置，所述氣壓計(jì)安裝在剛性管管壁預(yù)留連通孔處并與氣囊連通，所述持力板位于氣囊兩端內(nèi)切于剛性管內(nèi)壁，所述螺紋蓋與剛性管兩端分別用螺紋連接。本發(fā)明在正常工作狀態(tài)時(shí)，桿件的剛壁不承受壓力，軸向壓力完全由氣囊承受，并進(jìn)而轉(zhuǎn)化為剛壁的環(huán)向拉應(yīng)力，因此提高了桿件的軸向受壓承載力，并可充分利用剛壁材料的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)的目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，安全經(jīng)濟(jì)，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)，使之與現(xiàn)有空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的受壓桿件相比具有如下有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)氣囊承壓將軸心受壓桿件的軸向壓力轉(zhuǎn)化為剛壁的拉應(yīng)力，剛壁不再承受軸向壓力，提升了受壓桿件的整體和局部穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了桿件的軸心受壓承載力。

2、由于桿件具有較好的穩(wěn)定性，因此可以制作得更長(zhǎng)，從而減少工程結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)的自重，也可降低施工難度并提高建造速度。

3、由于剛壁僅承受拉應(yīng)力，因此可以充分利用高強(qiáng)度材料來(lái)提高桿件的受壓承載力。當(dāng)剛壁采用高強(qiáng)度材料時(shí)，桿件剛壁可以做得更薄更輕，從而降低構(gòu)件的運(yùn)輸成本。

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，安全經(jīng)濟(jì)，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件立體圖；

圖2是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件縱向剖面圖；

圖3是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件橫向剖面圖；

圖4是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件剛性管示意圖；

圖5是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件氣囊示意圖；

圖6是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件持力板示意圖；

圖7是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件螺紋蓋示意圖；

圖8是本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件持力板受力圖；

圖中：1-剛性管，2-螺紋蓋，3-持力板，4-充氣閥門(mén)，5-氣壓計(jì)，6-氣囊

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

剛壁氣承軸心受壓桿件立體圖見(jiàn)圖1，包括剛性管1(見(jiàn)圖4)、氣囊2(見(jiàn)圖5)、氣壓計(jì)3、持力板4(見(jiàn)圖6)、螺紋蓋5(見(jiàn)圖7)。具體布置為將氣囊2縱向沿剛性管1軸向放置，使氣囊充氣閥門(mén)位置與剛性管1的管壁預(yù)留充氣孔位置相對(duì)應(yīng)并固定充氣閥門(mén)，氣壓計(jì)3安裝在剛性管管壁預(yù)留連通孔旁并與氣囊相連通，然后將兩塊持力板4分別置于剛性管1兩端，再將兩個(gè)螺紋蓋5與剛性管1兩端通過(guò)螺紋緊密連接。

所述剛性管為材料強(qiáng)度較高的空心圓管，兩端外壁均需帶有螺紋，且在其剛壁預(yù)留氣囊充氣孔和氣壓計(jì)連通孔，兩孔之間要有間距，孔洞周?chē)杓訌?qiáng)設(shè)計(jì)。

所述的氣囊為圓柱狀，其長(zhǎng)度和直徑與剛性管的長(zhǎng)度和內(nèi)徑相一致，材料可選用氣密性好的膜材，并具有一定的強(qiáng)度和收縮性。氣囊沿剛性管內(nèi)部軸向放置，預(yù)設(shè)有充氣閥門(mén)和氣壓計(jì)連通口，分別與剛性管管壁預(yù)留充氣孔和氣壓計(jì)連通孔相對(duì)應(yīng)。

所述的持力板為具有一定厚度的圓形板，材料可為鋼材或性能較好的其它材料，其直徑略小于剛性管內(nèi)徑，持力板與剛壁接觸的部分應(yīng)光滑，保證持力板可在剛壁軸向自由滑動(dòng)。

所述的螺紋蓋為一種傳力裝置，可將來(lái)自持力板的壓力傳遞給桿件剛壁；在螺紋蓋的中心預(yù)留環(huán)形孔洞，用于持力板與外界連接，孔洞直徑要比持力板直徑小，保證持力板與螺紋蓋具有足夠的傳力面積。螺紋蓋的螺紋規(guī)格與剛性管兩端螺紋規(guī)格相匹配。

按照上述技術(shù)方案將剛壁氣承軸心受壓桿件安裝完成后，使用充氣泵連接氣囊充氣閥門(mén)對(duì)氣囊2進(jìn)行充氣，充氣至氣囊2內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)計(jì)范圍，停止充氣。在充氣時(shí)氣囊2隨著氣壓增大而膨脹，對(duì)剛性管管壁和位于其兩端的持力板4產(chǎn)生壓力作用，持力板4由于受壓力作用滑動(dòng)至剛性管1兩端，持力板4進(jìn)一步將壓力傳遞給螺紋蓋5，螺紋鋼蓋5的壓力與剛性管所受軸向拉力平衡。在此平衡狀態(tài)下，剛性管1的管壁受環(huán)向的拉力作用和軸向的拉應(yīng)力作用。

剛壁氣承軸心受壓桿件在正常工作狀態(tài)時(shí)，該軸心受壓桿件會(huì)受到來(lái)自外部的軸向壓力作用F₁(見(jiàn)圖8)，該壓力直接作用在持力板4的中心區(qū)域，在此狀態(tài)下，持力板4同時(shí)承受來(lái)自氣囊2膨脹產(chǎn)生的軸向壓力F₂(見(jiàn)圖8)和來(lái)自外部的軸向壓力F₁，二者方向相反。持力板受力詳圖見(jiàn)圖8，桿件剛性管管壁受力狀況分為以下幾種工作狀態(tài)說(shuō)明：

狀態(tài)1：當(dāng)持力板4承受的來(lái)自氣囊2膨脹壓力F₂大于零小于來(lái)自外部的軸向壓力F₁時(shí)，持力板4向中間滑動(dòng)壓縮氣囊2，氣囊2體積縮小壓力增大，當(dāng)氣囊壓力與軸向壓力相等時(shí)達(dá)到平衡，在此狀態(tài)下桿件剛壁只受環(huán)向拉應(yīng)力不受壓力；

狀態(tài)2：當(dāng)持力板4承受的來(lái)自氣囊2膨脹壓力F₂等于來(lái)自外部的軸向壓力F₁時(shí)，持力板4不移動(dòng)保持平衡，此狀態(tài)下桿件剛壁只受環(huán)向拉力不受軸力；

狀態(tài)3：當(dāng)持力板4承受的來(lái)自氣囊2膨脹壓力F₂大于來(lái)自外部的軸向壓力F₁時(shí)，持力板4向剛性管1兩端滑動(dòng)至與螺紋蓋緊貼，此狀態(tài)下桿件剛壁既受環(huán)向拉力又受軸力拉力。

當(dāng)工作狀態(tài)為狀態(tài)1或狀態(tài)2時(shí)，也可以通過(guò)向氣囊充氣增加氣囊壓力達(dá)到工作狀態(tài)3。

綜上所述，在三種工作狀態(tài)中，本發(fā)明剛壁氣承軸心受壓桿件雖受到來(lái)自外部軸向的壓力作用，但該桿件剛壁卻并不承受壓應(yīng)力，來(lái)自外部的軸向壓力完全由構(gòu)件內(nèi)部的高壓氣囊承受，高壓氣囊進(jìn)一步將壓力轉(zhuǎn)化為剛壁的環(huán)向拉應(yīng)力，達(dá)到了充分利用剛壁材料受拉強(qiáng)度，提高桿件軸心受壓承載力的目的。