專利名稱：一種frp-竹-混凝土組合梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種FRP-竹-混凝土組合梁技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種竹梁構(gòu)件，尤其是一種竹材與其它材料的組合梁構(gòu)件，屬 于土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]在當(dāng)前發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，綠色、生態(tài)、環(huán)保、低碳的新型建筑結(jié)構(gòu)材 料是土木工程科技發(fā)展的必然方向。竹材最大的優(yōu)勢(shì)是綠色環(huán)保和原材料可再生，竹材 具有較高的強(qiáng)重比，可達(dá)鋼材的3 6倍，遠(yuǎn)勝于混凝土等材料，竹材變形能力強(qiáng)，同 時(shí)又具有較高的強(qiáng)重比、較好的彈性與韌性，利用竹質(zhì)工程材料建造的竹結(jié)構(gòu)建筑體系 已經(jīng)得到了實(shí)踐應(yīng)用，竹結(jié)構(gòu)具有施工速度快，構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)易標(biāo)準(zhǔn)化，易工業(yè)化生產(chǎn)的 優(yōu)點(diǎn)。但是，作為竹結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件——竹梁，無論是采用竹簾膠合板、竹材層積 材，還是竹材重組材加工制作，其在應(yīng)用中存在以下問題[0003]竹材的彈性模量低，竹梁作為受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)都為截面的剛度控制設(shè)計(jì)，按撓 度限值(GB50005-2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，梁和格柵的撓度限值為L(zhǎng)/250)驗(yàn)算的 極限承載力大約是按強(qiáng)度驗(yàn)算極限承載力的20% 30%，造成材料較低的強(qiáng)度利用率， 截面設(shè)計(jì)較大，經(jīng)濟(jì)性差；竹梁截面下部受拉區(qū)的缺陷對(duì)強(qiáng)度降低的影響較大，造成實(shí) 際力學(xué)性能較離散，往往由于受拉區(qū)的局部缺陷提前破壞；竹梁的破壞模式典型特征是 底部受拉區(qū)竹纖維達(dá)到極限拉應(yīng)變，破壞模式較脆，破壞過程較短暫，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)延 性的需求不相符。[0004]針對(duì)竹材工程材料力學(xué)性能的不足，需尋求改善與增強(qiáng)的技術(shù)措施，才能提高 其對(duì)工程結(jié)構(gòu)的適用性，如中國(guó)專利第“02120518.3”號(hào)，公開了一種“重組竹材膠合 板制造方法”，用該方法制造的竹材膠合板，提高了強(qiáng)度和利用率，但其彈性模量基本 未得到提高；如中國(guó)專利第“200520010970.6”號(hào)，公開了一種“一種毛竹玻璃纖維復(fù) 合梁柱”，通過在毛竹四周填充之后包覆玻璃纖維樹脂層，對(duì)毛竹進(jìn)行增強(qiáng)，提高其壽 命，節(jié)約材料，但該技術(shù)針對(duì)毛竹的原竹，其難以適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的要求；又如中國(guó) 專利第“02277578.1”號(hào)，公開了一種“一種新型竹纖維塑料復(fù)合板”，提供了在竹纖 維板材的夾層層間放置金屬網(wǎng)層或玻璃纖維網(wǎng)層的一種復(fù)合板，但該技術(shù)主要著眼于對(duì) 板材強(qiáng)度的提高，金屬網(wǎng)層或玻璃纖維網(wǎng)層對(duì)截面剛度提高非常有限。[0005]總之，目前公知的技術(shù)尚不能解決竹梁應(yīng)用所存在的問題。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種能廣泛應(yīng)用于土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的FRP-竹-混凝 土組合梁，克服現(xiàn)有竹梁的不足，提高現(xiàn)有竹梁的跨越能力，用于橋梁、建筑等各類結(jié) 構(gòu)的受彎構(gòu)件。[0007]在本實(shí)用新型中，F(xiàn)RP-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布位于竹材的中下部截面內(nèi)或底部，承擔(dān)拉應(yīng)力，混凝土位于竹材的上部或中上部的兩個(gè)側(cè)面，承擔(dān)壓應(yīng)力，混凝土通過連接件 與竹材緊密相連。[0008]本實(shí)用新型的基本原理如下FRP筋或FRP布布置于截面下部，對(duì)截面受拉區(qū) 增強(qiáng)，利用FRP筋或FRP布較高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量提高構(gòu)件的承載力與剛度，混凝 土布置于截面上部，對(duì)受壓區(qū)增強(qiáng)，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(qiáng)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(fā)揮各自的長(zhǎng)處，提高竹材構(gòu)件對(duì)建筑結(jié)構(gòu) 的適用性。[0009]所述的FRP-竹-混凝土組合梁，F(xiàn)RP筋位于竹材的中下部截面內(nèi)，為竹材所包 裹，F(xiàn)RP筋在竹材壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過壓制膠結(jié)形成整體。[0010]所述的FRP-竹-混凝土組合梁，F(xiàn)RP布位于竹材的中下部截面內(nèi)或底部，F(xiàn)RP 布可為一層或多層，通過膠結(jié)與竹材壓制形成整體。[0011]所述的混凝土位于竹材的上部或中上部的兩個(gè)側(cè)面，位于上部時(shí)，其寬度大于 或等于竹材的寬度，位于竹材中上部的兩個(gè)側(cè)面時(shí)，其呈左右對(duì)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 采用輾壓竹絲束浸膠組坯壓制，竹材層積材采用竹篾浸膠組坯壓制，竹簾膠合板采用竹 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(jié) 力。[0013]所述的FRP筋或FRP布位于竹材的中下部截面內(nèi)時(shí)，F(xiàn)RP筋或FRP布在竹材壓 制前植入竹坯料相應(yīng)位置，通過壓制與竹材膠結(jié)形成整體；FRP布位于竹材的截面底部 時(shí)，在竹材壓制完成后，將FRP布加壓粘貼于竹材的底部膠結(jié)形成整體；FRP筋或FRP 布的纖維增強(qiáng)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筋制作，通過在竹材頂部或中上部的兩個(gè)側(cè)面后打孔植入 竹材的內(nèi)部，平面宜為梅花形交叉布置，外部預(yù)留5cm IOcm長(zhǎng)度，后澆筑于混凝土 內(nèi)，當(dāng)采用鋼筋制作時(shí)，外留部分端部可設(shè)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(shí)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(gòu)件的剛度，徹底改變竹梁剛度控制設(shè)計(jì)的不利局面；[0017]O)FRP配置在竹梁截面受拉區(qū)，可充分發(fā)揮FRP較高的抗拉強(qiáng)度，并且較大 程度地改善原竹構(gòu)件力學(xué)性能離散及脆性的破壞模式，減小其局部缺陷對(duì)力學(xué)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(qū)，充分利用混凝土抗壓能 力強(qiáng)的特點(diǎn)，竹材作為組合梁的主體，其具有較高的強(qiáng)重比、較好的彈性與韌性及加工 性能，并在受拉區(qū)得到FRP的進(jìn)一步增強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)充分利用3種材料的特點(diǎn)，具有自重 輕、承載力大、剛度大、抗扭能力強(qiáng)、延性好、自恢復(fù)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；[0019](4)相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其生產(chǎn)與加工過程環(huán)境污染小，能4耗低，降低了鋼材需求，相對(duì)于木結(jié)構(gòu)，承載能力大，跨越能力強(qiáng)，延性和自恢復(fù)能力 好；[0020](5)竹子可再生能力強(qiáng)，生長(zhǎng)周期短，環(huán)保節(jié)能。


[0021]以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的 范圍。[0022]圖1是FRP筋配置于竹材的中下部截面內(nèi)、混凝土位于竹材的上部的 FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0023]圖2是FRP布配置于竹材的中下部截面內(nèi)、混凝土位于竹材的上部的 FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0024]圖3是FRP布配置于竹材的底部、混凝土位于竹材的上部的FRP-竹-混凝土組 合梁的截面；[0025]圖4是FRP筋配置于竹材的中下部截面內(nèi)、混凝土位于竹材中上部的兩個(gè)側(cè)面 的FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0026]圖5是FRP布配置于竹材的中下部截面內(nèi)、混凝土位于竹材中上部的兩個(gè)側(cè)面 的FRP-竹-混凝土組合梁的截面；[0027]圖6是FRP布配置于竹材的底部、混凝土位于竹材中上部的兩個(gè)側(cè)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(shí)施方式
[0029]為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說 明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1至圖6所示，本實(shí)用新型提供一種FRP-竹-混 凝土組合梁，該結(jié)構(gòu)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位于竹材1的中下部 截面內(nèi)或底部，承擔(dān)拉應(yīng)力，混凝土 3位于竹材1的上部或中上部的兩個(gè)側(cè)面，承擔(dān)壓應(yīng) 力，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0030]具體實(shí)施中，F(xiàn)RP筋21或FRP布22與竹材1通過壓制膠結(jié)形成整體，在竹材1 頂部或中上部的兩個(gè)側(cè)面打孔植入連接件4，連接件4外部預(yù)留5cm IOcm長(zhǎng)度，鑿毛 處理竹材1與混凝土的界面，按尺寸制作模板，澆筑混凝土 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(jié)構(gòu)。[0031]實(shí)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，F(xiàn)RP筋21位于竹材1的中下部截面內(nèi)，為竹材1所包裹，F(xiàn)RP筋21在 竹材1壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過壓制膠結(jié)形成整體，混凝土3位于竹材1的 上部，其寬度大于或等于竹材1的寬度，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0033]實(shí)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，F(xiàn)RP布22位于竹材1的中下部截面內(nèi)，復(fù)合于竹材1的內(nèi)部，F(xiàn)RP布22 在竹材1壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過壓制膠結(jié)形成整體，混凝土3位于竹材1 的上部，其寬度大于或等于竹材1的寬度，混凝土 3通過連接件4與竹材1緊密相連。[0035]實(shí)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，F(xiàn)RP布22位于竹材1的截面底部，在竹材1壓制完成后，將FRP布22 加壓粘貼于竹材1的底部膠結(jié)形成整體，混凝土 3位于竹材1的上部，其寬度大于或等于 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(shí)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，F(xiàn)RP筋21位于竹材1的中下部截面內(nèi)，為竹材1所包裹，F(xiàn)RP筋21在竹 材1壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過壓制膠結(jié)形成整體，混凝土3位于竹材1的中 上部的兩個(gè)側(cè)面，呈左右對(duì)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(shí)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，F(xiàn)RP布22位于竹材1的中下部截面內(nèi)，復(fù)合于竹材1的內(nèi)部，F(xiàn)RP布22 在竹材1壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過壓制膠結(jié)形成整體，混凝土3位于竹材1 的中上部的兩個(gè)側(cè)面，呈左右對(duì)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(shí)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，F(xiàn)RP布22位于竹材1的截面底部，在竹材1壓制完成后，將FRP布22 加壓粘貼于竹材1的底部膠結(jié)形成整體，混凝土 3位于竹材1的中上部的兩個(gè)側(cè)面，呈左 右對(duì)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，竹材重組材采用輾壓竹絲束浸膠組坯壓制，竹材層積材采用竹篾浸 膠組坯壓制，竹簾膠合板采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(jié)力。[0044]FRP筋21或FRP布22位于竹材1的中下部截面內(nèi)時(shí)，F(xiàn)RP筋21或FRP布22 在竹材1壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，通過壓制與竹材1膠結(jié)形成整體；FRP布22位于 竹材1的截面底部時(shí)，在竹材1壓制完成后，將FRP布22加壓粘貼于竹材1的底部膠結(jié) 形成整體；FRP布22可為一層或多層。[0045]連接件4為鋼筋或FRP筋制作，通過在竹材1頂部或中上部的兩個(gè)側(cè)面后打孔植 入竹材1的內(nèi)部，平面宜為梅花形交叉布置，外部預(yù)留km IOcm長(zhǎng)度，后澆筑于混凝 土 3內(nèi)，當(dāng)采用鋼筋制作時(shí)，外留部分端部可設(shè)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(qiáng)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(quán)利要求1.一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于該結(jié)構(gòu)包括竹材(1)、FRP筋或 FRP布0幻、混凝土⑶和連接件⑷四部分，F(xiàn)RP筋或FRP布0 位于竹材⑴ 的中下部截面內(nèi)或底部，混凝土 C3)位于竹材(1)的上部或中上部的兩個(gè)側(cè)面，混凝土 (3)通過連接件(4)與竹材(1)緊密相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于FRP筋為 竹材(1)所包裹，F(xiàn)RP筋在竹材(1)壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過壓制膠 結(jié)形成整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于FRP布02)可 為一層或多層，通過膠結(jié)與竹材(1)壓制形成整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于所述的 混凝土(3)寬度大于或等于竹材(1)的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于所述的 混凝土( 呈左右對(duì)稱布置，其頂面與竹材(1)的頂面齊平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于連接件(4)為鋼 筋或FRP筋制作，通過在竹材1頂部或中上部的兩個(gè)側(cè)面后打孔植入竹材(1)的內(nèi)部，外 部預(yù)留5cm IOcm長(zhǎng)度，后澆筑于混凝土(3)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于竹材(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(shí)用新型提供一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于該結(jié)構(gòu)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)位于竹材(1)的中下部截面內(nèi)或底部，承擔(dān)拉應(yīng)力，混凝土(3)位于竹材(1)的上部或中上部的兩個(gè)側(cè)面，承擔(dān)壓應(yīng)力，混凝土(3)通過連接件(4)與竹材(1)緊密相連。本實(shí)用新型充分利用了3種材料的特點(diǎn)，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(gòu)件的剛度，具有自重輕、承載力大、剛度大、抗扭能力強(qiáng)、延性好、自恢復(fù)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的受彎構(gòu)件。
文檔編號(hào)E04C3/29GK201809900SQ201020530480
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者李國(guó)芬, 楊平, 王立彬, 端茂軍, 魏洋 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)