一种frp-竹-混凝土组合梁的制作方法

文档序号:1966881阅读:279来源:国知局
专利名称:一种frp-竹-混凝土组合梁的制作方法
技术领域
本发明涉及一种竹梁构件,尤其是一种竹材与其它材料的组合梁构件,属于土木 建筑结构领域。
背景技术
在当前发展低碳经济的大背景下,绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材料是 土木工程科技发展的必然方向。竹材最大的优势是绿色环保和原材料可再生,竹材具有较 高的强重比,可达钢材的3 6倍,远胜于混凝土等材料,竹材变形能力强,同时又具有较高 的强重比、较好的弹性与韧性,利用竹质工程材料建造的竹结构建筑体系已经得到了实践 应用,竹结构具有施工速度快,构件、节点易标准化,易工业化生产的优点。但是,作为竹结 构的主要受力构件——竹梁,无论是采用竹帘胶合板、竹材层积材,还是竹材重组材加工制 作,其在应用中存在以下问题竹材的弹性模量低,竹梁作为受弯构件设计时都为截面的刚度控制设计,按挠度 限值(GB50005-2003《木结构设计规范》规定,梁和格栅的挠度限值为L/250)验算的极限 承载力大约是按强度验算极限承载力的20% 30%,造成材料较低的强度利用率,截面设 计较大,经济性差;竹梁截面下部受拉区的缺陷对强度降低的影响较大,造成实际力学性能 较离散,往往由于受拉区的局部缺陷提前破坏;竹梁的破坏模式典型特征是底部受拉区竹 纤维达到极限拉应变,破坏模式较脆,破坏过程较短暂,与结构构件对延性的需求不相符。针对竹材工程材料力学性能的不足,需寻求改善与增强的技术措施,才能提高其 对工程结构的适用性,如中国专利第“02120518. 3”号,公开了一种“重组竹材胶合板制造方 法”,用该方法制造的竹材胶合板,提高了强度和利用率,但其弹性模量基本未得到提高;如 中国专利第“200520010970. 6”号,公开了一种“一种毛竹玻璃纤维复合梁柱”,通过在毛竹 四周填充之后包覆玻璃纤维树脂层,对毛竹进行增强,提高其寿命,节约材料,但该技术针 对毛竹的原竹,其难以适应现代工程结构的要求;又如中国专利第“02277578. 1”号,公开 了一种“一种新型竹纤维塑料复合板”,提供了在竹纤维板材的夹层层间放置金属网层或玻 璃纤维网层的一种复合板,但该技术主要着眼于对板材强度的提高,金属网层或玻璃纤维 网层对截面刚度提高非常有限。总之,目前公知的技术尚不能解决竹梁应用所存在的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种能广泛应用于土木建筑结构领域的FRP-竹_混凝土组 合梁,克服现有竹梁的不足,提高现有竹梁的跨越能力,用于桥梁、建筑等各类结构的受弯 构件。在本发明中,FRP-竹-混凝土组合梁由竹材、FRP筋或FRP布、混凝土和连接件四 部分共同组成;其中FRP筋或FRP布位于竹材的中下部截面内或底部,承担拉应力,混凝土 位于竹材的上部或中上部的两个侧面,承担压应力,混凝土通过连接件与竹材紧密相连。
本发明的基本原理如下FRP筋或FRP布布置于截面下部,对截面受拉区增强,利 用FRP筋或FRP布较高的抗拉强度和弹性模量提高构件的承载力与刚度,混凝土布置于截 面上部,对受压区增强,利用混凝土较高的抗压能力,增加原矩形竹梁的截面惯性矩,大幅 度提高截面刚度,竹材具有较高的强重比、较好的弹性与韧性及加工性能,通过竹材将3种 材料组合为一体,充分发挥各自的长处,提高竹材构件对建筑结构的适用性。所述的FRP-竹-混凝土组合梁,FRP筋位于竹材的中下部截面内,为竹材所包裹, FRP筋在竹材压制前植入竹坯料相应位置,二者通过压制胶结形成整体。所述的FRP-竹-混凝土组合梁,FRP布位于竹材的中下部截面内或底部,FRP布可 为一层或多层,通过胶结与竹材压制形成整体。所述的混凝土位于竹材的上部或中上部的两个侧面,位于上部时,其宽度大于或 等于竹材的宽度,位于竹材中上部的两个侧面时,其呈左右对称布置,顶面与竹材的顶面齐 平,混凝土通过连接件与竹材连接成一体。所述的竹材可为竹材重组材或竹材层积材或竹帘胶合板中的一种,竹材重组材采 用辗压竹丝束浸胶组坯压制,竹材层积材采用竹篾浸胶组坯压制,竹帘胶合板采用竹篾编 帘浸胶组坯压制,竹材与混凝土的界面作凿毛处理,以提高其与混凝土之间的粘结力。所述的FRP筋或FRP布位于竹材的中下部截面内时,FRP筋或FRP布在竹材压制 前植入竹坯料相应位置,通过压制与竹材胶结形成整体;FRP布位于竹材的截面底部时,在 竹材压制完成后,将FRP布加压粘贴于竹材的底部胶结形成整体;FRP筋或FRP布的纤维增 强材料可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或其中的几种混杂而成。连接件为钢筋或FRP筋制作,通过在竹材顶部或中上部的两个侧面后打孔植入竹 材的内部,平面宜为梅花形交叉布置,外部预留5cm IOcm长度,后浇筑于混凝土内,当采 用钢筋制作时,外留部分端部可设置成弯钩,提高锚固效果,连接件的作用是传递剪力,保 证截面竹材部分与混凝土部分形成整体,共同工作。本发明克服了竹梁的一些公知的缺陷,具有以下有益效果(I)FRP-竹_混凝土组合梁截面,大幅度地提高了原竹梁的截面惯性矩,从而有效 提高了原竹梁构件的刚度,彻底改变竹梁刚度控制设计的不利局面;(2) FRP配置在竹梁截面受拉区,可充分发挥FRP较高的抗拉强度,并且较大程度 地改善原竹构件力学性能离散及脆性的破坏模式,减小其局部缺陷对力学性能的降低;(3)用混凝土作为FRP-竹-混凝土组合梁的受压区,充分利用混凝土抗压能力强 的特点,竹材作为组合梁的主体,其具有较高的强重比、较好的弹性与韧性及加工性能,并 在受拉区得到FRP的进一步增强,该结构充分利用3种材料的特点,具有自重轻、承载力大、 刚度大、抗扭能力强、延性好、自恢复能力强等优点;(4)相对于混凝土结构、钢结构等传统结构,其生产与加工过程环境污染小,能耗 低,降低了钢材需求,相对于木结构,承载能力大,跨越能力强,延性和自恢复能力好;(5)竹子可再生能力强,生长周期短,环保节能。


以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。图1是FRP筋配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材的上部的FRP-竹-混凝土组合梁的截面;图2是FRP布配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材的上部的FRP-竹-混 凝土组合梁的截面;图3是FRP布配置于竹材的底部、混凝土位于竹材的上部的FRP-竹-混凝土组合 梁的截面;图4是FRP筋配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材中上部的两个侧面的 FRP-竹-混凝土组合梁的截面;图5是FRP布配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材中上部的两个侧面的 FRP-竹-混凝土组合梁的截面;图6是FRP布配置于竹材的底部、混凝土位于竹材中上部的两个侧面的 FRP-竹-混凝土组合梁的截面。在附图中,1为竹材,21为FRP筋,22为FRP布,3为混凝土,4为连接件。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照

本发 明的具体实施方式
。如图1至图6所示,本发明提供一种FRP-竹-混凝土组合梁,该结构 包括竹材1、FRP筋21或FRP布22、混凝土 3和连接件4四部分,共同组成FRP-竹-混凝 土组合梁;其中FRP筋21或FRP布22位于竹材1的中下部截面内或底部,承担拉应力,混 凝土 3位于竹材1的上部或中上部的两个侧面,承担压应力,混凝土 3通过连接件4与竹材 1紧密相连。具体实施中,FRP筋21或FRP布22与竹材1通过压制胶结形成整体,在竹材1顶 部或中上部的两个侧面打孔植入连接件4,连接件4外部预留5cm IOcm长度,凿毛处理竹 材1与混凝土的界面,按尺寸制作模板,浇筑混凝土 3,混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密 相连,形成FRP、竹材、混凝土组合为一体的FRP-竹-混凝土组合梁结构。实施例一如图1,一种FRP-竹-混凝土组合梁,包括竹材1、FRP筋21、混凝土 3和连接件4 四部分,FRP筋21位于竹材1的中下部截面内,为竹材1所包裹,FRP筋21在竹材1压制前 植入竹坯料相应位置,二者通过压制胶结形成整体,混凝土 3位于竹材1的上部,其宽度大 于或等于竹材1的宽度,混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。实施例二 如图2,一种FRP-竹-混凝土组合梁,包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连接件4 四部分,FRP布22位于竹材1的中下部截面内,复合于竹材1的内部,FRP布22在竹材1压 制前植入竹坯料相应位置,二者通过压制胶结形成整体,混凝土 3位于竹材1的上部,其宽 度大于或等于竹材1的宽度,混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。实施例三如图3,一种FRP-竹-混凝土组合梁,包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连接件4 四部分,FRP布22位于竹材1的截面底部,在竹材1压制完成后,将FRP布22加压粘贴于竹 材1的底部胶结形成整体,混凝土 3位于竹材1的上部,其宽度大于或等于竹材1的宽度, 混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。
实施例四如图4,一种FRP-竹-混凝土组合梁,包括竹材1、FRP筋21、混凝土 3和连接件4 四部分,FRP筋21位于竹材1的中下部截面内,为竹材1所包裹,FRP筋21在竹材1压制前 植入竹坯料相应位置,二者通过压制胶结形成整体,混凝土 3位于竹材1的中上部的两个侧 面,呈左右对称布置,其顶面与竹材1的顶面齐平,混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相 连。实施例五如图5,一种FRP-竹-混凝土组合梁,包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连接件4 四部分,FRP布22位于竹材1的中下部截面内,复合于竹材1的内部,FRP布22在竹材1压 制前植入竹坯料相应位置,二者通过压制胶结形成整体,混凝土 3位于竹材1的中上部的两 个侧面,呈左右对称布置,其顶面与竹材1的顶面齐平,混凝土 3通过连接件4与竹材1紧 密相连。实施例六如图6,一种FRP-竹-混凝土组合梁,包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连接件4 四部分,FRP布22位于竹材1的截面底部,在竹材1压制完成后,将FRP布22加压粘贴于 竹材1的底部胶结形成整体,混凝土 3位于竹材1的中上部的两个侧面,呈左右对称布置, 其顶面与竹材1的顶面齐平,混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。如上所述的FRP-竹-混凝土组合梁,竹材1可为竹材重组材或竹材层积材或竹帘 胶合板中的一种,竹材重组材采用辗压竹丝束浸胶组坯压制,竹材层积材采用竹篾浸胶组 坯压制,竹帘胶合板采用竹篾编帘浸胶组坯压制,竹材1的与混凝土的界面作凿毛处理,以 提高其与混凝土 3之间的粘结力。FRP筋21或FRP布22位于竹材1的中下部截面内时,FRP筋21或FRP布22在竹 材ι压制前植入竹坯料相应位置,通过压制与竹材1胶结形成整体;FRP布22位于竹材1 的截面底部时,在竹材1压制完成后,将FRP布22加压粘贴于竹材1的底部胶结形成整体; FRP布22可为一层或多层。连接件4为钢筋或FRP筋制作,通过在竹材1顶部或中上部的两个侧面后打孔植 入竹材1的内部,平面宜为梅花形交叉布置,外部预留5cm IOcm长度,后浇筑于混凝土 3 内,当采用钢筋制作时,外留部分端部可设置成弯钩,提高锚固效果,连接件4的作用是传 递剪力,保证截面竹材部分与混凝土部分形成整体,共同工作。FRP筋21或FRP布22的纤维增强材料可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤 维中的一种或其中的几种混杂而成。
权利要求
本发明提供一种FRP 竹 混凝土组合梁,其特征在于该结构包括竹材(1)、FRP筋(21)或FRP布(22)、混凝土(3)和连接件(4)四部分,共同组成FRP 竹 混凝土组合梁;其中FRP筋(21)或FRP布(22)位于竹材(1)的中下部截面内或底部,承担拉应力,混凝土(3)位于竹材(1)的上部或中上部的两个侧面,承担压应力,混凝土(3)通过连接件(4)与竹材(1)紧密相连。
2.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于FRP筋(21)位于 竹材(1)的中下部截面内,为竹材(1)所包裹,FRP筋(21)在竹材(1)压制前植入竹坯料 相应位置,二者通过压制胶结形成整体。
3.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于FRP布(22)位于 竹材(1)的中下部截面内或底部,FRP布(22)可为一层或多层,通过胶结与竹材(1)压制 形成整体。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于所述的混凝 土(3)位于竹材(1)的上部,其宽度大于或等于竹材(1)的宽度。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于所述的混 凝土(3)位于竹材(1)的中上部的两个侧面,呈左右对称布置,其顶面与竹材(1)的顶面齐平。
6.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于连接件(4)为钢筋 或FRP筋制作,通过在竹材1顶部或中上部的两个侧面后打孔植入竹材(1)的内部,外部预 留5cm IOcm长度,后浇筑于混凝土(3)内。
7.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于竹材(1)可为竹材 重组材或竹材层积材或竹帘胶合板中的一种,其与混凝土的界面作凿毛处理。
8.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于所述的FRP筋(21) 或FRP布(22)的纤维增强材料可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或其 中的几种混杂而成。
全文摘要
本发明提供一种FRP-竹-混凝土组合梁,其特征在于该结构包括竹材(1)、FRP筋(21)或FRP布(22)、混凝土(3)和连接件(4)四部分,共同组成FRP-竹-混凝土组合梁;其中FRP筋(21)或FRP布(22)位于竹材(1)的中下部截面内或底部,承担拉应力,混凝土(3)位于竹材(1)的上部或中上部的两个侧面,承担压应力,混凝土(3)通过连接件(4)与竹材(1)紧密相连。本发明充分利用了3种材料的特点,大幅度地提高了原竹梁的截面惯性矩,从而有效提高了原竹梁构件的刚度,具有自重轻、承载力大、刚度大、抗扭能力强、延性好、自恢复能力强等优点,可应用于土木建筑结构领域中的受弯构件。
文档编号E04B1/58GK101942885SQ20101028251
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者李国芬, 杨平, 王立彬, 端茂军, 魏洋 申请人:南京林业大学
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