一種frp-竹-混凝土組合梁的製作方法

2023-09-27 06:52:15 2

專利名稱：一種frp-竹-混凝土組合梁的製作方法
技術領域：
一種FRP-竹-混凝土組合梁技術領域[0001]本實用新型涉及一種竹梁構件，尤其是一種竹材與其它材料的組合梁構件，屬 於土木建築結構領域。
背景技術：
[0002]在當前發展低碳經濟的大背景下，綠色、生態、環保、低碳的新型建築結構材 料是土木工程科技發展的必然方向。竹材最大的優勢是綠色環保和原材料可再生，竹材 具有較高的強重比，可達鋼材的3 6倍，遠勝於混凝土等材料，竹材變形能力強，同 時又具有較高的強重比、較好的彈性與韌性，利用竹質工程材料建造的竹結構建築體系 已經得到了實踐應用，竹結構具有施工速度快，構件、節點易標準化，易工業化生產的 優點。但是，作為竹結構的主要受力構件——竹梁，無論是採用竹簾膠合板、竹材層積 材，還是竹材重組材加工製作，其在應用中存在以下問題[0003]竹材的彈性模量低，竹梁作為受彎構件設計時都為截面的剛度控制設計，按撓 度限值(GB50005-2003《木結構設計規範》規定，梁和格柵的撓度限值為L/250)驗算的 極限承載力大約是按強度驗算極限承載力的20% 30%，造成材料較低的強度利用率， 截面設計較大，經濟性差；竹梁截面下部受拉區的缺陷對強度降低的影響較大，造成實 際力學性能較離散，往往由於受拉區的局部缺陷提前破壞；竹梁的破壞模式典型特徵是 底部受拉區竹纖維達到極限拉應變，破壞模式較脆，破壞過程較短暫，與結構構件對延 性的需求不相符。[0004]針對竹材工程材料力學性能的不足，需尋求改善與增強的技術措施，才能提高 其對工程結構的適用性，如中國專利第「02120518.3」號，公開了一種「重組竹材膠合 板製造方法」，用該方法製造的竹材膠合板，提高了強度和利用率，但其彈性模量基本 未得到提高；如中國專利第「200520010970.6」號，公開了一種「一種毛竹玻璃纖維復 合梁柱」，通過在毛竹四周填充之後包覆玻璃纖維樹脂層，對毛竹進行增強，提高其壽 命，節約材料，但該技術針對毛竹的原竹，其難以適應現代工程結構的要求；又如中國 專利第「02277578.1」號，公開了一種「一種新型竹纖維塑料複合板」，提供了在竹纖 維板材的夾層層間放置金屬網層或玻璃纖維網層的一種複合板，但該技術主要著眼於對 板材強度的提高，金屬網層或玻璃纖維網層對截面剛度提高非常有限。[0005]總之，目前公知的技術尚不能解決竹梁應用所存在的問題。發明內容[0006]本實用新型的目的是提供一種能廣泛應用於土木建築結構領域的FRP-竹-混凝 土組合梁，克服現有竹梁的不足，提高現有竹梁的跨越能力，用於橋梁、建築等各類結 構的受彎構件。[0007]在本實用新型中，FRP-竹-混凝土組合梁由竹材、FRP筋或FRP布、混凝土和 連接件四部分共同組成；其中FRP筋或FRP布位於竹材的中下部截面內或底部，承擔拉應力，混凝土位於竹材的上部或中上部的兩個側面，承擔壓應力，混凝土通過連接件 與竹材緊密相連。[0008]本實用新型的基本原理如下FRP筋或FRP布布置於截面下部，對截面受拉區 增強，利用FRP筋或FRP布較高的抗拉強度和彈性模量提高構件的承載力與剛度，混凝 土布置於截面上部，對受壓區增強，利用混凝土較高的抗壓能力，增加原矩形竹梁的截 面慣性矩，大幅度提高截面剛度，竹材具有較高的強重比、較好的彈性與韌性及加工性 能，通過竹材將3種材料組合為一體，充分發揮各自的長處，提高竹材構件對建築結構 的適用性。[0009]所述的FRP-竹-混凝土組合梁，FRP筋位於竹材的中下部截面內，為竹材所包 裹，FRP筋在竹材壓制前植入竹坯料相應位置，二者通過壓制膠結形成整體。[0010]所述的FRP-竹-混凝土組合梁，FRP布位於竹材的中下部截面內或底部，FRP 布可為一層或多層，通過膠結與竹材壓制形成整體。[0011]所述的混凝土位於竹材的上部或中上部的兩個側面，位於上部時，其寬度大於 或等於竹材的寬度，位於竹材中上部的兩個側面時，其呈左右對稱布置，頂面與竹材的 頂面齊平，混凝土通過連接件與竹材連接成一體。[0012]所述的竹材可為竹材重組材或竹材層積材或竹簾膠合板中的一種，竹材重組材 採用輾壓竹絲束浸膠組坯壓制，竹材層積材採用竹篾浸膠組坯壓制，竹簾膠合板採用竹 篾編簾浸膠組坯壓制，竹材與混凝土的界面作鑿毛處理，以提高其與混凝土之間的粘結 力。[0013]所述的FRP筋或FRP布位於竹材的中下部截面內時，FRP筋或FRP布在竹材壓 制前植入竹坯料相應位置，通過壓制與竹材膠結形成整體；FRP布位於竹材的截面底部 時，在竹材壓制完成後，將FRP布加壓粘貼於竹材的底部膠結形成整體；FRP筋或FRP 布的纖維增強材料可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維中的一種或其中的幾 種混雜而成。[0014]連接件為鋼筋或FRP筋製作，通過在竹材頂部或中上部的兩個側面後打孔植入 竹材的內部，平面宜為梅花形交叉布置，外部預留5cm IOcm長度，後澆築於混凝土 內，當採用鋼筋製作時，外留部分端部可設置成彎鉤，提高錨固效果，連接件的作用是 傳遞剪力，保證截面竹材部分與混凝土部分形成整體，共同工作。[0015]本實用新型克服了竹梁的一些公知的缺陷，具有以下有益效果[0016](I)FRP-竹-混凝土組合梁截面，大幅度地提高了原竹梁的截面慣性矩，從而有 效提高了原竹梁構件的剛度，徹底改變竹梁剛度控制設計的不利局面；[0017]O)FRP配置在竹梁截面受拉區，可充分發揮FRP較高的抗拉強度，並且較大 程度地改善原竹構件力學性能離散及脆性的破壞模式，減小其局部缺陷對力學性能的降 低；[0018](3)用混凝土作為FRP-竹-混凝土組合梁的受壓區，充分利用混凝土抗壓能 力強的特點，竹材作為組合梁的主體，其具有較高的強重比、較好的彈性與韌性及加工 性能，並在受拉區得到FRP的進一步增強，該結構充分利用3種材料的特點，具有自重 輕、承載力大、剛度大、抗扭能力強、延性好、自恢復能力強等優點；[0019](4)相對於混凝土結構、鋼結構等傳統結構，其生產與加工過程環境汙染小，能4耗低，降低了鋼材需求，相對於木結構，承載能力大，跨越能力強，延性和自恢復能力 好；[0020](5)竹子可再生能力強，生長周期短，環保節能。


[0021]以下附圖僅旨在於對本實用新型做示意性說明和解釋，並不限定本實用新型的 範圍。[0022]圖1是FRP筋配置於竹材的中下部截面內、混凝土位於竹材的上部的 FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0023]圖2是FRP布配置於竹材的中下部截面內、混凝土位於竹材的上部的 FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0024]圖3是FRP布配置於竹材的底部、混凝土位於竹材的上部的FRP-竹-混凝土組 合梁的截面；[0025]圖4是FRP筋配置於竹材的中下部截面內、混凝土位於竹材中上部的兩個側面 的FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0026]圖5是FRP布配置於竹材的中下部截面內、混凝土位於竹材中上部的兩個側面 的FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0027]圖6是FRP布配置於竹材的底部、混凝土位於竹材中上部的兩個側面的 FRP-竹-混凝土組合梁的截面。[0028]在附圖中，1為竹材，21為FRP筋，22為FRP布，3為混凝土，4為連接件。
具體實施方式
[0029]為了對本實用新型的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說 明本實用新型的具體實施方式
。如圖1至圖6所示，本實用新型提供一種FRP-竹-混 凝土組合梁，該結構包括竹材1、FRP筋21或FRP布22、混凝土 3和連接件4四部分， 共同組成FRP-竹-混凝土組合梁；其中FRP筋21或FRP布22位於竹材1的中下部 截面內或底部，承擔拉應力，混凝土 3位於竹材1的上部或中上部的兩個側面，承擔壓應 力，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0030]具體實施中，FRP筋21或FRP布22與竹材1通過壓制膠結形成整體，在竹材1 頂部或中上部的兩個側面打孔植入連接件4，連接件4外部預留5cm IOcm長度，鑿毛 處理竹材1與混凝土的界面，按尺寸製作模板，澆築混凝土 3，混凝土 3通過連接件4與 竹材1緊密相連，形成FRP、竹材、混凝土組合為一體的FRP-竹-混凝土組合梁結構。[0031]實施例一[0032]如圖1，一種FRP-竹-混凝土組合梁，包括竹材1、FRP筋21、混凝土 3和連 接件4四部分，FRP筋21位於竹材1的中下部截面內，為竹材1所包裹，FRP筋21在 竹材1壓制前植入竹坯料相應位置，二者通過壓制膠結形成整體，混凝土3位於竹材1的 上部，其寬度大於或等於竹材1的寬度，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0033]實施例二 [0034]如圖2，一種FRP-竹-混凝土組合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和連接件4四部分，FRP布22位於竹材1的中下部截面內，複合於竹材1的內部，FRP布22 在竹材1壓制前植入竹坯料相應位置，二者通過壓制膠結形成整體，混凝土3位於竹材1 的上部，其寬度大於或等於竹材1的寬度，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0035]實施例三[0036]如圖3，一種FRP-竹-混凝土組合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和連 接件4四部分，FRP布22位於竹材1的截面底部，在竹材1壓制完成後，將FRP布22 加壓粘貼於竹材1的底部膠結形成整體，混凝土 3位於竹材1的上部，其寬度大於或等於 竹材1的寬度，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0037]實施例四[0038]如圖4，一種FRP-竹-混凝土組合梁，包括竹材1、FRP筋21、混凝土 3和連 接件4四部分，FRP筋21位於竹材1的中下部截面內，為竹材1所包裹，FRP筋21在竹 材1壓制前植入竹坯料相應位置，二者通過壓制膠結形成整體，混凝土3位於竹材1的中 上部的兩個側面，呈左右對稱布置，其頂面與竹材1的頂面齊平，混凝土 3通過連接件4 與竹材1緊密相連。[0039]實施例五[0040]如圖5，一種FRP-竹-混凝土組合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和連 接件4四部分，FRP布22位於竹材1的中下部截面內，複合於竹材1的內部，FRP布22 在竹材1壓制前植入竹坯料相應位置，二者通過壓制膠結形成整體，混凝土3位於竹材1 的中上部的兩個側面，呈左右對稱布置，其頂面與竹材1的頂面齊平，混凝土 3通過連接 件4與竹材1緊密相連。[0041]實施例六[0042]如圖6，一種FRP-竹-混凝土組合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和連 接件4四部分，FRP布22位於竹材1的截面底部，在竹材1壓制完成後，將FRP布22 加壓粘貼於竹材1的底部膠結形成整體，混凝土 3位於竹材1的中上部的兩個側面，呈左 右對稱布置，其頂面與竹材1的頂面齊平，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0043]如上所述的FRP-竹-混凝土組合梁，竹材1可為竹材重組材或竹材層積材或竹 簾膠合板中的一種，竹材重組材採用輾壓竹絲束浸膠組坯壓制，竹材層積材採用竹篾浸 膠組坯壓制，竹簾膠合板採用竹篾編簾浸膠組坯壓制，竹材1的與混凝土的界面作鑿毛 處理，以提高其與混凝土 3之間的粘結力。[0044]FRP筋21或FRP布22位於竹材1的中下部截面內時，FRP筋21或FRP布22 在竹材1壓制前植入竹坯料相應位置，通過壓制與竹材1膠結形成整體；FRP布22位於 竹材1的截面底部時，在竹材1壓制完成後，將FRP布22加壓粘貼於竹材1的底部膠結 形成整體；FRP布22可為一層或多層。[0045]連接件4為鋼筋或FRP筋製作，通過在竹材1頂部或中上部的兩個側面後打孔植 入竹材1的內部，平面宜為梅花形交叉布置，外部預留km IOcm長度，後澆築於混凝 土 3內，當採用鋼筋製作時，外留部分端部可設置成彎鉤，提高錨固效果，連接件4的作 用是傳遞剪力，保證截面竹材部分與混凝土部分形成整體，共同工作。[0046]FRP筋21或FRP布22的纖維增強材料可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、 芳綸纖維中的一種或其中的幾種混雜而成。
權利要求1.一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於該結構包括竹材(1)、FRP筋或 FRP布0幻、混凝土⑶和連接件⑷四部分，FRP筋或FRP布0 位於竹材⑴ 的中下部截面內或底部，混凝土 C3)位於竹材(1)的上部或中上部的兩個側面，混凝土 (3)通過連接件(4)與竹材(1)緊密相連。
2.根據權利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於FRP筋為 竹材(1)所包裹，FRP筋在竹材(1)壓制前植入竹坯料相應位置，二者通過壓制膠 結形成整體。
3.根據權利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於FRP布02)可 為一層或多層，通過膠結與竹材(1)壓制形成整體。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於所述的 混凝土(3)寬度大於或等於竹材(1)的寬度。
5.根據權利要求1、2或3所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於所述的 混凝土( 呈左右對稱布置，其頂面與竹材(1)的頂面齊平。
6.根據權利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於連接件(4)為鋼 筋或FRP筋製作，通過在竹材1頂部或中上部的兩個側面後打孔植入竹材(1)的內部，外 部預留5cm IOcm長度，後澆築於混凝土(3)內。
7.根據權利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於竹材(1)可為竹 材重組材或竹材層積材或竹簾膠合板中的一種，其與混凝土的界面作鑿毛處理。
專利摘要本實用新型提供一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特徵在於該結構包括竹材(1)、FRP筋(21)或FRP布(22)、混凝土(3)和連接件(4)四部分，共同組成FRP-竹-混凝土組合梁；其中FRP筋(21)或FRP布(22)位於竹材(1)的中下部截面內或底部，承擔拉應力，混凝土(3)位於竹材(1)的上部或中上部的兩個側面，承擔壓應力，混凝土(3)通過連接件(4)與竹材(1)緊密相連。本實用新型充分利用了3種材料的特點，大幅度地提高了原竹梁的截面慣性矩，從而有效提高了原竹梁構件的剛度，具有自重輕、承載力大、剛度大、抗扭能力強、延性好、自恢復能力強等優點，可應用於土木建築結構領域中的受彎構件。
文檔編號E04C3/29GK201809900SQ201020530480
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者李國芬, 楊平, 王立彬, 端茂軍, 魏洋 申請人:南京林業大學