[发明专利]一种内部充有液体的立柱

说明书

一种内部充有液体的立柱为支撑用的立柱。其内部是中空的，充满有一定压力的液体，使之作为立柱使用的管型材料其支撑强度有所提高和立柱顶端受力的均匀分布，与实心立柱比较其重量轻。同时较少了刚才和水泥的用量。它的基本原理是通过液体对立柱空腔的胀力转化为支撑力。考虑到立柱外壳和内置液体的热膨胀系数的不同，影响液体在立柱内所具有压力的稳定性。在立柱的空腔内设置了可压缩物，来弥补由于环境温度的影响，使立柱内出现过高的压力或真空所造成的负压。密封盖板是为了方便可压缩物的置入，阀是为了方便液体的注入和检修。压力表是为了便于观察内部液体的压力。在立柱的上部设置可关闭的排气孔，是为了不让立柱内有气体存在。

技术领域

本发明属于建筑技术领域，特别是涉及一种内部充有液体的立柱。

背景技术

立柱作为建筑方面不可缺少的构件之一。对于高层建筑、厂房和一些公共建筑来说，采用立柱作为建筑物的构件是最为常见的。就立柱本身来讲，其制作的常用手段是各种截面的钢质型材，或由各种截面的钢质型材组成的适合需要的立柱，以及由钢筋和混凝土构成的立柱。这些立柱的截面不同，除了满足美观性外，其最主要的目的就是在满足功能性要求的基础上，节省材料的使用和建筑物的使用空间最大化。如采用钢材作为建筑物的立柱时，人们的选择之一可能是钢管而不是实心的钢柱。其原因如下。

如图3所示，当D/d=0.7时，D为管的外径，d为管的内径。管形截面的z轴惯性矩Iz为实心钢柱的z轴惯性矩Iz的80%，但所使用的材料仅为实心钢柱的二分之一。惯性矩为杆类物体抗弯和稳定性的重要因数指标，它的值越大其抗弯能力和稳定能力越高。对于立柱的上端承受载荷时的能力，欧拉公式表述如下：

Fcr=π²EI/(μl) (1)；

其中：Fcr——临界载荷；π——圆周率；E——弹性模量；I——惯性矩；

μ——泊松比；l——立柱的长度。

从公式（1）中可以看出，惯性矩I的值与临界载荷Fcr成正比，惯性矩I值的增大有利于提高立柱的承载能力。就钢管来说，同一直径的立柱，用料50%的钢管的稳定性可以达到实心柱的80%。

钢管作为立柱存在一个问题，尽管从惯性矩的角度看它即满足了稳度的要求，但从抗压的角度讲，钢管做支撑构件其承载力过于集中于管壁上容易使管壁局部变形，因而导致连续性的变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种内部充有液体的立柱。在立柱的内部充满有液体，这个液体承受有一定的压力，因为液体容器内的压力是均匀分布于四周的。这样做的好处是可以让承载端所承受的压力均匀分布与立柱的承载端面上，当立柱的壁受到均匀的胀力后，壁就不太容易因压力过度集中于壁厚的截面上而使得立柱的壁产生变形。从而提高立柱的承载能力。液体的充填比较方便，空心的构件可以在工厂加工好后运输到使用地点，且可以达到标准式的模块化设计制造。如果立柱是实心的，其抗压能力和立柱的稳度都会优于内部充满有液体的立柱，但从经济的角度来讲，实心的立柱是不划算的，从使用的角度讲实心立柱的重量也太重，且实心立柱的稳度增加的效果不明显。与混凝土结构相比较，具有能环保和高效的优点。

就稳度来讲，立柱稳度的基本原理是，立柱顶端所承受压力乘以立柱弹性弯曲的偏离支点的允许变形所产生的力矩与可恢复的弹性力矩相平衡，而得出临界压力被确定为支柱稳度所要求所允许的临界压力。如果立柱顶端承受了液体的反力，那么就减轻了支柱的所承受的压力。也就是说，充有液体的立柱可以承受更大的临界压力。提高了立柱的稳度。因为，来自立柱内的压力是液体产生的主动反力，不是因空心立柱的惯性矩产生的。