一种竹材‑钢复合管混凝土组合柱的制作方法

本发明属于土木建筑结构技术领域，具体涉及一种混凝土组合结构，尤其是一种竹材-钢复合管混凝土组合柱。

背景技术：

多年来国内外学者对钢管混凝土结构进行了大量的研究与应用，混凝土与钢管一起承压可以说是最完美的组合，可以堪称充分发挥各自特色的典范，同时具有优异的延性特征。然而也认识到钢管混凝土结构具有以下缺陷与不足：当钢管混凝土柱所受荷载较大时，构件截面依然会比较大，此时需要壁厚较厚的钢管以提供给混凝土足够的紧箍力。因此，用钢量依然偏大，并且大直径、厚壁铜管的供货渠道不多，如果采用双层钢管，则施工难度较大，如果采用高强钢管，则造价较高。此外，钢管长期暴露在酸雨、海水等腐蚀性介质中容易锈蚀，耐久性降低，导致钢管混凝土结构的承载力显著下降。

针对以上结构，研究者也在不断开发新的结构形式，力求克服钢管混凝土的缺点与不足。如中国专利第“201020617258.3”号，公开了一种“一种FRP-钢复合管混凝土柱”，该结构最外层为FRP-钢复合管，FRP-钢复合管内填充有混凝土，该结构虽然克服了钢管混凝土结构一些缺点，但该结构中所使用的FRP为玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种，这些增强材料为高能耗的纤维增强塑料，消耗了大量宝贵的石油资源，产品及废料不可回收。

本发明提供一种竹材-钢复合管混凝土组合柱，以克服现有技术中存在的缺陷，满足工程的应用需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种竹材-钢复合管混凝土组合柱，以期解决提升钢管混凝土结构的性能，提高结构的受力性能和抗震性能，在潮湿、盐碱地等恶劣环境中具有良好的耐久性等优点，同时，此结构充分利用了我国竹子资源，低碳环保，资源可再生，推动可持续发展。此结构适用于新建结构中的桩、柱、桥墩、拱肋，以及现有钢管混凝土结构的构件加固。

为此，本发明提供一种竹材-钢复合管混凝土组合柱，该结构包括核心混凝土、钢管、竹材复合层、外防护层，其中，竹材复合层由纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管的外壁形成，纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.2～2.0mm，竹蔑条带的宽度为10～500mm，核心混凝土填充于钢管的内部，外防护层粘结于竹材复合层的外壁，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，外防护层为竹材复合层提供进一步增强和防护。

所述的纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上，纵向竹蔑条带的轴线方向沿着竹材-钢复合管的轴线方向，横向竹蔑条带的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，各层横向竹蔑条带的轴线方向可以相同或不同，纵向竹蔑条带为结构提供纵向抗弯承载力，横向竹蔑条带为核心混凝土和钢管提供增强约束，延缓、推迟钢管的局部屈曲，减缓钢管混凝土构件的承载力退化过程。

所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

所述的核心混凝土为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。

本发明克服了公知的钢管混凝土结构所存在的不足，延缓、推迟钢管的局部屈曲，提高了结构承载力和抗变形能力，耐久性好，同时，成本低、绿色环保、资源可再生、节能减排效果显著，经济效益可观。具体有益效果如下：

(1)本发明结构是由竹材、钢管和混凝土三种不同材料构成的组合结构，可以充分发挥构成材料各自的特性：混凝土在三向轴压应力状态下的承载能力；竹材复合层对钢管和核心混凝土持续的环向约束作用；钢管的弹塑性使结构具有良好的轴压延性。

(2)本发明结构中的竹材具有优异的拉伸性能，在钢管外表面缠绕竹材，不但可以减少钢管的用钢量，还可以抑制钢管在轴压过程中产生的局部屈曲，同时又可以作为钢管的保护层，提高结构的耐久性。

(3)本发明中的竹材-钢复合管具有较大的轴向刚度，使结构在浇筑混凝土前具有一定的轴向承载能力，可以直接作为混凝土浇注时的模板使用，节省了模板的制作费用，缩短了建设工期。

(4)本发明充分利用了传统材料——竹子，竹子作为一种可再生的、环保的资源，具有质轻、高强度、高刚度、耐腐蚀、价格低廉的特点，本发明最大限度的发挥竹材韧性好、纵向拉伸强度高的材性优势。

本发明结构，充分利用了混凝土、钢管、竹材等多种材料的优势特点，取得了较好的综合性能，适用于新建结构中的桩、柱、桥墩、拱肋，现有钢管混凝土结构的构件加固。

附图说明：

图1为一种竹材-钢复合管混凝土组合柱的圆形横截面结构示意图；

图2为一种竹材-钢复合管混凝土组合柱的椭圆形横截面结构示意图；

图3为一种竹材-钢复合管混凝土组合柱中纵向竹蔑条带示意图；

图4为一种竹材-钢复合管混凝土组合柱中横向竹蔑条带示意图；

在附图1～附图4中，1为核心混凝土、2为钢管、3为竹材复合层、4为外防护层、31为纵向竹蔑条带、32为横向竹蔑条带。

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-钢复合管混凝土组合柱，该结构包括核心混凝土1、钢管2、竹材复合层3、外防护层4，其中，竹材复合层3由纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的外壁形成，纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.2～2.0mm，竹蔑条带的宽度为10～500mm，核心混凝土1填充于钢管2的内部，外防护层4粘结于竹材复合层3的外壁，外防护层4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。

所述的纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上，纵向竹蔑条带31的轴线方向沿着竹材-钢复合管的轴线方向，横向竹蔑条带32的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，各层横向竹蔑条带32的轴线方向可以相同或不同。

所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

所述的核心混凝土1为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。

竹材复合层3的制备方法：

(1)将毛竹开成竹蔑，脱脂、清洗、干燥并控制含水率，之后将竹蔑用衬布连接成一条连续的竹蔑条带，厚度0.2～2.0mm，竹蔑条带宽度10～500mm，连接方式可以为粘接、缝合、编织等；

(2)将上述竹蔑条带卷成卷，参见附图3，成卷后的竹蔑条带呈圆柱形，竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向为卷制方向；

(3)将竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向沿着竹材-钢复合管的轴线方向铺设，环向缠绕粘贴即缠绕纵向竹蔑条带31；

(4)将竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间缠绕，即缠绕横向竹蔑条带32；

(5)纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上；

(6)边缠绕边加入树脂胶，树脂胶由环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种组成，如此往复，缠绕至设计厚度；

(7)经过固化装置固化，将固化好的管体进行表面打磨和修整即可。

外防护层制备步骤：在增强层的外表面涂刷外防护层4，其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。

实施例一：

如图1，本发明给出的一种竹材-钢复合管混凝土组合柱的圆形横截面结构示意图，该结构包括核心混凝土1、钢管2、竹材复合层3、外防护层4，其中，竹材复合层3由纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的外壁形成，竹篾条带采用纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32相组合的缠绕方式进行缠绕，先进行纵向竹蔑条带31的缠绕，缠绕一层，接着进行横向竹蔑条带32的缠绕，缠绕层数为一层，横向竹蔑条带32的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，最后，在竹材复合层3外表面涂覆外防护层4，核心混凝土1填充于管体的内部。

实施例二：

如图2，本发明给出的一种竹材-钢复合管混凝土组合柱的椭圆形横截面结构示意图，该结构包括核心混凝土1、钢管2、竹材复合层3、外防护层4，其中，竹材复合层3由纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的外壁形成，竹篾条带采用纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32相组合的缠绕方式进行缠绕，先进行纵向竹蔑条带31的缠绕，缠绕一层，接着进行横向竹蔑条带32的缠绕，缠绕层数为一层，横向竹蔑条带32的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，最后，在竹材复合层3外表面涂覆外防护层4，核心混凝土1填充于管体的内部。

本发明与已有的钢管混凝土结构、FRP-钢复合管混凝土结构相比，在提高结构性能的同时，充分利用了我国的竹子资源，最大限度的发挥竹材内压比强度高、韧性好、纵向拉伸强度高、耐腐蚀等材性优势，制造过程各个环节是“绿色”的、对环境友好的，推动可持续发展，符合建设“资源节约型”、“环境友好型”的国家政策要求，同时，对于盘活中国竹林资源，发展生态林业、民生林业，解决“三农”问题具有现实意义。