圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱及作法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱及作法，屬于結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】；本發(fā)明圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱適用于低、多層建筑結(jié)構(gòu)新體系；通過把輕鋼-小徑木材-碳纖維進(jìn)行優(yōu)勢組合，充分發(fā)揮了各個(gè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，使得柱結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力可提高35％，由于較好的利用和開發(fā)了小徑木材，使得工程造價(jià)降低了15％，真正做到了綠色環(huán)保低碳。
【專利說明】圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱及作法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱及作法，屬于結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國住宅建設(shè)的快速發(fā)展，為滿足人民群眾日益增長的住房需求，推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，國務(wù)院「1999」第72號(hào)文件明確提出:發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅，擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率。而輕鋼結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其重要性不言而喻，具體可以包括角鋼、鋼管、槽鋼及輕型門式剛架等，由于輕鋼結(jié)構(gòu)自重輕、剛度高并且容易產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，已經(jīng)大量使用于各種建筑領(lǐng)域。
[0003]隨著資源的不斷匱乏，我國的木材資源也面臨著嚴(yán)峻的問題，由于多數(shù)國家應(yīng)經(jīng)禁止出口原木木材，因此依靠進(jìn)口木材已經(jīng)變得不可能，同時(shí)，在使用過程中由于對(duì)大直徑木材的青睞，導(dǎo)致小直徑的木材很少被完整的開發(fā)和使用，多數(shù)小徑木材被嚴(yán)重浪費(fèi)。如何完整的開發(fā)和利用被人忽視的小徑木材已經(jīng)成為了當(dāng)前熱點(diǎn)的研究問題，這一問題的解決不僅將有效地緩解資源危機(jī)，在某種程度上也解決了森林資源供需矛盾。
[0004]碳纖維以其優(yōu)異的綜合性能成為當(dāng)今世界材料學(xué)科研究的重點(diǎn)。研究表明:碳纖維的抗拉強(qiáng)度>3500MPa，抗拉模量>230GPa，密度僅為1.76?1.94g / cm，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和綜合特性；碳纖維已在建筑、能源等等領(lǐng)域和行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
[0005]傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)承載力和耐久性普遍較差，同時(shí)，需要大量的模板工程，不僅提高了工程造價(jià)而且造成了大量資源的浪費(fèi)，無法做到綠色環(huán)保?；诖耍景l(fā)明提出了一種簡單環(huán)保，易于施工，核心為鋼管混凝土，外部以小徑木材為填充物，最外層包裹碳纖維材料，相比于傳統(tǒng)的混凝土承重柱，其耐久性和承載力顯著提高，同時(shí)，充分利用了小徑木材，變廢為寶發(fā)揮了小徑木材的作用，做到真正的綠色低碳環(huán)保，非常適用于低、多層建筑的結(jié)構(gòu)新體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有構(gòu)造簡單、造價(jià)低廉、施工方便、綠色低碳環(huán)保一體化等優(yōu)點(diǎn)的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，以期有效解決傳統(tǒng)混凝土柱承載能力不佳，耐久性差，無法做到綠色環(huán)保等問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種矩形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，該矩形柱包括小徑木材1、木屑填充物2、碳纖維布3、輕鋼管4、混凝土 5 ;以圓鋼管4和填充在圓鋼管4內(nèi)的混凝土 5組成的鋼管混凝土為核心，外圍填充小徑木材I和木屑填充物2，最外層包裹碳纖維布3形成圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱。
[0009]所述小徑木材I為帶皮直徑在60mm以下的小材，為了便于小徑材的充分利用，事先把小徑材加工成截面為矩形的木材，矩形的邊長尺寸小于50_，小徑木材之間通過乳膠進(jìn)行粘結(jié)。
[0010]所述木屑填充物2為加工木材留下的碎屑，與乳膠粘結(jié)料進(jìn)行配比而成，用于小徑木材剩余空隙的填充。
[0011]所述碳纖維布3為12K碳纖維絲織制而成，根據(jù)柱的尺寸加工成相應(yīng)的大小，在包裹之前預(yù)先找平柱表面，然后涂刷底膠，進(jìn)行包裹工作，包裹時(shí)需進(jìn)行碳纖維布的搭架，搭架長度不低于150mm。
[0012]所述輕鋼管4為鋼管混凝土的外包鋼管，采用的截面是圓形或者是矩形，當(dāng)采用圓鋼管時(shí)，外徑為90?100mm,內(nèi)徑為80?90mm,當(dāng)為矩形鋼管時(shí)，外邊長為100?120mm,內(nèi)邊長為90?110mm。
[0013]所述混凝土 5為普通混凝土或者再生混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)要求選用，采用的強(qiáng)度為C35?C40，當(dāng)選用為再生混凝土?xí)r，粗骨料取代率不超過40%。
[0014]所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其制作方法如下:
[0015]第一步，定位并架立核心輕鋼管4，輕鋼管4底部與基礎(chǔ)梁鋼筋進(jìn)行焊接，在輕鋼管4內(nèi)進(jìn)行混凝土的澆筑；
[0016]第二步，預(yù)先確定柱子邊框的位置，在輕鋼管4與柱邊框空隙內(nèi)填充事先初步加工的小徑木材I和配比的木屑填充物2，小徑木材I通過乳膠進(jìn)行粘結(jié)固定與木屑填充物2共同構(gòu)成圓形柱邊框；
[0017]第三步，在柱邊框最外部進(jìn)行找平處理并涂刷底膠；
[0018]第四步，包裹碳纖維布3，同時(shí)在搭架位置處留出一定的搭架長度，就形成了圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱。
[0019]本發(fā)明圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱適用于低、多層新型建筑體系。通過把輕鋼-小徑木材-碳纖維進(jìn)行合理組合，充分發(fā)揮了各個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢性能，使得柱結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力提高了 35%，由于很好的開發(fā)和利用了小徑木材，使得工程造價(jià)降低了 15%，同時(shí)，做到了綠色環(huán)保低碳。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱截面圖
[0021]圖2是不同鋼管截面形式；
[0022]圖3圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱立面圖
[0023]圖中:1小徑木材、2木屑填充物、3碳纖維布、4輕型鋼管、5混凝土。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0025]如圖1-3所示，本發(fā)明的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，主要由小徑木材1、木屑填充物2、碳纖維布3、輕型鋼管4、混凝土 5組合而成。其特征在于:內(nèi)部設(shè)有核心鋼管混凝土，外圍采用了小徑木材I和木屑填充物2進(jìn)行填充，最后包裹碳纖維布3，由于層層圍護(hù)包裹，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很好的核心約束作用，大大提高了結(jié)構(gòu)的承載能力，采用的碳纖維布3可顯著提高結(jié)構(gòu)整體的耐久性，同時(shí)，造價(jià)低，施工簡單方便，由于小徑木材的充分開發(fā)和利用，使得更加綠色環(huán)保，適宜于低、多層的新型建筑體系。 [0026] 以上是本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
【權(quán)利要求】
1.一種圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其特征在于該圓形柱包括小徑木材(I)、木屑填充物(2)、碳纖維布(3)、輕鋼管(4)、混凝土(5);以圓鋼管(4)和填充在圓鋼管(4)內(nèi)的混凝土(5)組成的鋼管混凝土為核心，外圍填充小徑木材(I)和木屑填充物(2)，最外層包裹碳纖維布(3)形成圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其特征在于:所述小徑木材(I)為帶皮直徑在60mm以下的小材，為了便于小徑材的充分利用，事先把小徑材加工成截面為矩形的木材,矩形的邊長尺寸小于50_，小徑木材之間通過乳膠進(jìn)行粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其特征在于:所述木屑填充物(2)為加工木材留下的碎屑，與乳膠粘結(jié)料進(jìn)行配比而成，用于小徑木材剩余空隙的填充。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其特征在于:所述碳纖維布(3)為12K碳纖維絲織制而成，根據(jù)柱的尺寸加工成相應(yīng)的大小，在包裹之前預(yù)先找平柱表面，然后涂刷底膠，進(jìn)行包裹工作，包裹時(shí)需進(jìn)行碳纖維布的搭架，搭架長度不低于150mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其特征在于:所述輕鋼管(4)為鋼管混凝土的外包鋼管，采用的截面是圓形或者是圓形，當(dāng)采用圓鋼管時(shí)，夕卜徑為90?100mm,內(nèi)徑為80?90mm,當(dāng)為圓形鋼管時(shí)，夕卜邊長為100?120mm,內(nèi)邊長為 90 ?110mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其特征在于:所述混凝土(5)為普通混凝土或者再生混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)要求選用，采用的強(qiáng)度為C35?C40，當(dāng)選用為再生混凝土?xí)r，粗骨料取代率不超過40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述的圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱，其制作方法如下: 第一步，定位并架立核心輕鋼管(4)，輕鋼管(4)底部與基礎(chǔ)梁鋼筋進(jìn)行焊接，在輕鋼管(4)內(nèi)進(jìn)行混凝土的澆筑。 第二步，預(yù)先確定柱子邊框的位置，在輕鋼管(4)與柱邊框空隙內(nèi)填充事先初步加工的小徑材(I)和配比的木屑填充物(2)，小徑木材(I)通過乳膠進(jìn)行粘結(jié)固定與木屑填充物(2)共同構(gòu)成圓形柱邊框； 第三步，在柱邊框最外部進(jìn)行找平處理并涂刷底膠； 第四步，包裹碳纖維布(3)，同時(shí)在搭架位置處留出一定的搭架長度，就形成了圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱。
【文檔編號(hào)】E04C3/36GK103967215SQ201410146798
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】曹萬林, 劉文超, 董宏英, 宋朝陽, 王超超 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)