专利摘要

专利摘要

本实用新型公开了一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土，包括具有负泊松比效应的圆钢管、具有负泊松比效应的钢支撑和混凝土；所述钢支撑设置在圆钢管的内壁，所述混凝土填充在圆钢管的内部；所述圆钢管和钢支撑为具有周期性横竖交替的孔洞结构；所述圆钢管的高度L与圆钢管的直径D关系应满足：2.5

权利要求

1.一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土，其特征在于：包括具有负泊松比效应的圆钢管、具有负泊松比效应的钢支撑和混凝土；所述钢支撑设置在圆钢管的内壁，所述混凝土填充在圆钢管的内部；

所述圆钢管和钢支撑为具有周期性横竖交替的孔洞结构；

所述圆钢管的高度L与圆钢管的直径D关系应满足：2.5<L/D<5；

所述圆钢管的厚度r与圆钢管的直径D关系应满足30<D/r<40；

所述钢支撑为四个，沿着圆钢管内壁每间隔90°布置一个，且不与圆钢管的孔洞结构的孔洞相接触；

所述钢支撑的高度等于L，钢支撑的宽度d应满足：0.6<d/D<0.7；

所述圆钢管和钢支撑的孔洞结构的孔洞处填充有HY-T119水钻胶水。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种通过设计三维负泊松比孔洞结构来设计具有负泊松比效应的圆钢管混凝土，也涉及了钢与混凝土的组合结构，属于新材料和新结构领域。

背景技术

混凝土作为建筑工程中最为常见的材料，有着悠久的历史。混凝土由于初始缺陷的存在，在轴向受压时，混凝土开始横向膨胀，使得裂缝不断发展直至连通成破坏面。而钢管混凝土虽然能在混凝土泊松比大于钢管的泊松比时约束混凝土径向膨胀，但是在开始受压时，混凝土泊松比小于钢管的泊松比，钢管的径向变形大于混凝土的径向变形，钢管并没有对混凝土起到约束作用。

负泊松比材料和结构具有不同寻常的力学特性，与传统材料的压胀拉缩不同，负泊松比材料在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀)。负泊松比效应可以提高材料的机械性能，包括剪切模量、断裂韧性、吸能特性、强度和抗压痕性等。正是由于这些优异的性能，负泊松比材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域具有越来越广阔的应用前景。

本实用新型将负泊松比圆钢管与混凝土结构相结合，利用负泊松比圆管轴向受压向内收缩的特性，改善了现有钢管混凝土约束混凝土不足的情况，提高了结构的承载力、延性和抗震性能。本实用新型将负泊松比结构和钢—混结构相结合，设计和制作具有负泊松比效应的圆钢管混凝土。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有钢管混凝土的一些不足，利用负泊松比材料和结构的特殊性质，设计和制造了具有实用性的负泊松比圆钢管混凝土，设计的圆钢管混凝土能够主动约束核心混凝土的横向变形，提高了结构的受压承载力和延性。同时负泊松比钢管的孔洞设计能够提高结构的抗震性能。

本实用新型采用的技术方案为：一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土，包括具有负泊松比效应的圆钢管、具有负泊松比效应的钢支撑和混凝土；所述钢支撑设置在圆钢管的内壁，所述混凝土填充在圆钢管的内部；

所述圆钢管和钢支撑为具有周期性横竖交替的孔洞结构；

所述圆钢管的高度L与圆钢管的直径D关系应满足：2.5<L/D<5；

所述圆钢管的厚度r与圆钢管的直径D关系应满足30<D/r<40；

所述钢支撑为四个，沿着圆钢管内壁每间隔90°布置一个，且不与圆钢管的孔洞结构的孔洞相接触；

所述钢支撑的高度等于L，钢支撑的宽度d应满足：0.6<d/D<0.7；

所述圆钢管和钢支撑的孔洞结构的孔洞处填充有HY-T119水钻胶水。

作为优选，所述圆钢管和钢支撑的孔洞结构的孔洞形状包括椭圆形、三角形和多边形。

上述一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土的设计方法，包括以下步骤：

1)根据负泊松比圆钢管混凝土的受力情况和建筑用途来确定圆钢管、钢支撑、混凝土的尺寸；

2)设计的负泊松比的圆钢管和钢支撑为具有周期性横竖交替的孔洞结构，并在满足受力要求的情况下，尽量减小孔洞结构中孔洞的间距；

3)选用高强度钢材作为圆钢管和钢支撑的基础材料，采用3D打印技术制备出具有负泊松比效应的圆钢管和钢支撑；

4)将圆钢管和钢支撑的孔洞结构的孔洞处填充上HY-T119水钻胶水，防止浇筑时混凝土填入；

5)将混凝土浇入已经组合好的圆钢管和钢支撑中，养护后得到具有负泊松比效应的圆钢管混凝土。

本实用新型其产生负泊松比效应的关键在于负泊松比圆钢管和钢支撑的设计。保证横竖交替的孔状结构较小，使得钢管和钢支撑具有负泊松比效应。通过该方法所设计出的圆钢管混凝土具有明显的负泊松比效应，同时能在大的应变范围内维持负泊松比性能。

有益效果：本实用新型利用该方法设计出的圆钢管混凝土在轴向受压时具有较大的负泊松比效应。较传统的钢管混凝土能够更好的约束核心混凝土的横向变形，提高结构的承载力，增加结构的延性。同时利用负泊松比圆钢管良好的吸能特性，圆钢管混凝土的抗震性能也得到提高。

附图说明

图1为本实用新型具有负泊松比效应的圆钢管混凝土的前视图；

图2为本实用新型具有负泊松比效应的圆钢管混凝土的俯视图；

图3为本实用新型钢支撑的前视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型做进一步描述：

如图1、2和3所示，一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土，包括具有负泊松比效应的圆钢管1、具有负泊松比效应的钢支撑2和混凝土3；所述钢支撑2设置在圆钢管1的内壁，所述混凝土3填充在圆钢管1的内部；

所述圆钢管1和钢支撑2为具有周期性横竖交替的孔洞结构；

所述圆钢管1的高度L与圆钢管1的直径D关系应满足：2.5<L/D<5；

所述圆钢管1的厚度r与圆钢管1的直径D关系应满足30<D/r<40；

所述钢支撑2为四个，沿着圆钢管1内壁每间隔90°布置一个，且不与圆钢管1的孔洞结构的孔洞相接触；

所述钢支撑2的高度等于L，钢支撑2的宽度d应满足：0.6<d/D<0.7；

所述圆钢管1和钢支撑2的孔洞结构的孔洞处填充有HY-T119水钻胶水。

所述圆钢管1和钢支撑2的孔洞结构的孔洞形状包括椭圆形、三角形和多边形。

上述一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土的设计方法，包括以下步骤：

1)根据负泊松比圆钢管混凝土的受力情况和建筑用途来确定圆钢管、钢支撑、混凝土的尺寸；

2)设计的负泊松比的圆钢管和钢支撑为具有周期性横竖交替的孔洞结构，并在满足受力要求的情况下，尽量减小孔洞结构中孔洞的间距；

3)选用高强度钢材作为圆钢管和钢支撑的基础材料，采用3D打印技术制备出具有负泊松比效应的圆钢管和钢支撑；

4)将圆钢管和钢支撑的孔洞结构的孔洞处填充上HY-T119水钻胶水，防止浇筑时混凝土填入；

5)将混凝土浇入已经组合好的圆钢管和钢支撑中，养护后得到具有负泊松比效应的圆钢管混凝土。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本事例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

一种具有负泊松比效应的圆钢管混凝土专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。