一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构的制作方法

本发明涉及一种钢骨混凝土结构，尤其是一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，属于土木建筑结构技术领域。

背景技术：

钢骨混凝土结构又称为劲性混凝土结构，在高层建筑、桥梁、重载结构中得到了广泛的应用。钢骨混凝土结构发挥了钢骨和混凝土两种材料的组合作用，钢骨在混凝的包裹之下，其局部屈曲得到了抑制，更好发挥了钢骨的力学性能。然而，现有的钢骨混凝土组合结构存在以下缺点，外部混凝土容易剥落，影响结构耐久性，并且在浇筑混凝土时还需在钢骨骨架外侧设置模板，施工不方便；另外，钢骨混凝土在地震等灾害作用下，其外部混凝土容易发生脆性破坏，国内外一些学者对高轴压比下高强钢骨混凝土结构的抗震性能研究发现，高轴压比下钢骨混凝土的结构延性不理想，如C50钢骨混凝土结构抗震性能试验结果表明，当轴压比大于等于0.4时，钢骨与混凝土之间容易过早出现粘结破坏，混凝土大范围退出工作，抗震性能很差。

针对钢骨混凝土结构，研究者也在不断开发新的结构形式，力求克服钢骨混凝土的缺点与不足。如中国专利第“201210126290.5”号，公开了一种“混杂FRP管钢骨混凝土组合柱”，混杂FRP管约束可以提高钢骨混凝土组合柱承载力和耐久性，并提高钢骨混凝土的延性和抗震性能。不足的是，该结构中混杂FRP管所使用的纤维织物采用化学加工方法制造而成，都是人造纤维织物，产品及废料不可回收，加工过程耗能高。因此使用混杂FRP管，消耗了大量宝贵的资源且导致了环境污染。

竹子是宝贵的森林资源之一。竹子是禾本科植物中最原始的亚科之一，竹子生长速度快、繁殖能力强，竹子具有很强的环境适应性，中国竹类资源十分丰富，据统计，全国竹类植物共有48个属，500多种。竹子具有优异的力学性能，随着石油资源日益枯竭，人造纤维原料供应日趋严峻，竹纤维作为一种新型高性能天然纤维越来越多地应用到纤维增强复合材料的制备，是人造纤维的理想替代品。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，对现有钢骨混凝土结构的改进，以期解决现有钢骨混凝土结构的缺陷，使得钢骨混凝土结构具有较高的承载能力，较好的延性，以及良好的耐腐蚀与耐久性，以期解决能源消耗，环境污染问题。本发明适用于新建结构中的桩、柱、桥墩，以及现有钢骨混凝土结构中以受压为主的构件加固。

为此，本发明提供一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，其特征在于该结构包括核心混凝土、钢骨、竹材复合管，其中，竹材复合管由隔离层、竹材结构层、外防护层由内向外互相复合构成，隔离层由浸有胶黏剂的竹纤维毡、玻璃纤维毡、玄武岩纤维毡或竹纤维无纺布固化形成，竹材结构层由粘附有胶黏剂的竹蔑帘缠绕在隔离层外固化而成，其竹蔑帘是由多个竹蔑片通过编织线连接组成的帘状结构，竹蔑片为原竹、竹材集成材、竹材层积材或竹材重组材经加工而成，外防护层直接涂覆固化在竹材结构层外表面，钢骨布置于竹材复合管的截面内部，在竹材复合管内浇筑核心混凝土，核心混凝土包裹钢骨并充满竹材复合管，核心混凝土的150mm立方体抗压强度不小于50MPa。

所述的一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，其特征在于竹材结构层中的竹篾帘分为横向竹篾帘和纵向竹篾帘，纵向竹蔑帘的所有竹蔑片的长度方向与其所组成的竹蔑帘长度方向均保持一致，横向竹蔑帘的所有竹蔑片的长度方向均与其所组成的竹蔑帘宽度方向保持一致。

所述的一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，其特征在于竹材结构层中的竹篾帘采用横向竹篾帘、纵向竹篾帘或者两者相互组合的平面缠绕方式连续均匀地缠绕于隔离层外，其横向竹篾帘、纵向竹篾帘缠绕层数不受限制，可分别为0层、1层或1层以上，各层竹篾帘缠绕方向与竹材复合管轴线垂直方向呈-30°至30°，缠绕方向可以相同或不同，纵向竹篾帘提供对结构纵向抗弯承载力的提高，横向竹篾帘实现对钢骨混凝土的侧向约束，约束之后钢骨与混凝土之间的粘结力得到有效提升，混凝土在承受约束之后的强度与延性增强，整个结构的抗震性能优越。

竹纤维毡、玻璃纤维毡、玄武岩纤维毡或竹纤维无纺布均匀而连续的通过树脂胶液采用环、纵向平面缠绕的组合形式缠绕在模具上，加热固化，脱模后形成隔离层，优选采用200g/m²～350g/m²的竹纤维毡、玻璃纤维毡、玄武岩纤维毡或竹纤维无纺布。

组成竹蔑帘中的各个竹蔑片而言，其规格参数设定如下：长度为1000mm～2500mm、宽度为5mm～25mm、厚度为0.2mm～1.0mm，并且逐片搭接形成长度不小于2.5m的竹蔑帘，竹蔑片沿着纵向的相互搭接重叠长度不小于100mm。

所述的胶黏剂为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种，。

所述的外防护层采用水泥基复合材料、树脂基复合材料、沥青基复合材料中的一种，外防护层为竹材结构层提供耐环境保护及与主体结构外观相一致的表面。

所述的钢骨的截面形状为工字形、十字形、T字形、矩形、圆形中的一种，核心混凝土为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。

本发明不仅充分体现了竹材复合管、混凝土和钢骨各自的优点，更充分发挥了其间相互作用所带来的有益效果。与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

(1)由竹材复合管为钢骨混凝土提供紧箍力，其间的共同作用明显改善结构的受力性能、提高了钢骨混凝土构件的承载力和延性，同时具有优越的抗震性能、良好的耐久性，从而增加了结构使用年限。

(2)钢骨与核心混凝土处于三向受力状态，从而提高了混凝土强度、变形，防止混凝土发生粘结破坏，钢骨的局部屈曲得到更加有效的抑制与防止。

(3)竹材结构层作为钢骨混凝土的约束材料，最大限度地发挥竹材韧性好、纵向拉伸强度高的材料性能优势，极大地拓展了竹产品应用的范围和领域。

(4)竹材复合管可以作为浇筑混凝土结构的模板，无需安装和拆除模板，节约了模板使用费用，还能大大提高施工效率、便于吊装和设计。

(5)竹材具有价格便宜、耐压比强度高、刚度大等特性，充分利用了我国可持续发展的竹子资源。

(6)制造与施工过程耗能低，污染小，废弃材料可回收，低碳环保，节约能源，节能减排。

本发明提供的一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，可以用于新建结构，也可以用于对钢骨混凝土组合结构的加固提升工程。

附图说明：

图1为一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构内置工字形钢骨的横断面结构示意图；

图2为一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构内置十字形钢骨的横断面结构示意图；

图3为一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构内置T字形钢骨的横断面结构示意图；

图4为一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构内置矩形钢骨的横断面结构示意图；

图5为一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构内置圆形钢骨的横断面结构示意图；

在附图1～附图5中，1为核心混凝土，2为钢骨，3为竹材复合管，31为隔离层，32为竹材结构层，33为外防护层。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。本发明提供一种竹材复合管约束钢骨混凝土组合结构，其特征在于该结构包括核心混凝土1、钢骨2、竹材复合管3，其中，竹材复合管3由隔离层31、竹材结构层32、外防护层33由内向外互相复合构成。由竹材复合管为钢骨混凝土提供紧箍力，其间的共同作用明显改善结构的受力性能、提高了钢骨混凝土构件的承载力和延性。

制作时，在模具外表面包裹一层脱模薄膜，隔离层31由浸有胶黏剂的竹纤维毡、玻璃纤维毡、玄武岩纤维毡或竹纤维无纺布在模具上进行缠绕，固化形成。

待隔离层31固化后，竹材结构层32由粘附有胶黏剂的竹蔑帘缠绕在隔离层31外固化而成，其竹蔑帘是由多个竹蔑片通过编织线连接组成的帘状结构，竹蔑片为原竹、竹材集成材、竹材层积材或竹材重组材经加工而成，如竹蔑片为原竹，首先将原竹沿其长度方向剖为多段，并将各段外表面的竹青和内表面的竹黄分别予以去除，加工成长度为1000mm～2500mm、宽度为5mm～25mm、厚度为0.2mm～1.0mm，并且逐片搭接形成长度不小于2.5m的竹蔑帘，竹蔑片沿着纵向的相互搭接重叠长度不小于100mm。

外防护层33直接涂覆固化在竹材结构层32外表面，外防护层33采用水泥基复合材料、树脂基复合材料、沥青基复合材料中的一种，钢骨2布置于竹材复合管3的截面内部，在竹材复合管3内浇筑核心混凝土1，核心混凝土1包裹钢骨2并充满竹材复合管3，核心混凝土1的150mm立方体抗压强度不小于50MPa。

所述的竹材结构层32中的竹篾帘分为横向竹篾帘和纵向竹篾帘，纵向竹蔑帘的所有竹蔑片的长度方向与其所组成的竹蔑帘长度方向均保持一致，横向竹蔑帘的所有竹蔑片的长度方向均与其所组成的竹蔑帘宽度方向保持一致。

所述的竹材结构层32中的竹篾帘采用横向竹篾帘、纵向竹篾帘或者两者相互组合的平面缠绕方式连续均匀地缠绕于隔离层31外，其横向竹篾帘、纵向竹篾帘缠绕层数不受限制，可分别为0层、1层或1层以上，各层竹篾帘缠绕方向与复合管轴线垂直方向呈-30°至30°，缠绕方向可以相同或不同。

对于组成竹蔑帘中的各个竹蔑片而言，其规格参数设定如下：长度为1000mm～2500mm、宽度为5mm～25mm、厚度为0.2mm～1.0mm，并且逐片搭接形成长度不小于2.5m的竹蔑帘，竹蔑片沿着纵向的相互搭接重叠长度不小于100mm。

所述的胶黏剂为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

所述的外防护层33采用水泥基复合材料、树脂基复合材料、沥青基复合材料中的一种。

所述的钢骨2的截面形状为工字形、十字形、T字形、矩形、圆形中的一种，核心混凝土1为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。

本发明与已有的钢骨混凝土结构相比，提高了混凝土强度、变形，防止混凝土发生粘结破坏，钢骨的局部屈曲得到更加有效的抑制与防止，并且充分利用了我国可再生的竹子资源，发挥竹子韧性好、拉伸强度高等材性优势，降低成本，节能减排效果更显著，经济效益和社会效益可观。