本發(fā)明屬于土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合管材，尤其是一種竹材-鋼夾心管。

背景技術(shù)：

多年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼管復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用，鋼管的承壓能力高、易加工，當(dāng)鋼管所受荷載較大時(shí)，構(gòu)件截面依然會(huì)比較大，此時(shí)需要壁厚較厚的鋼管以提高承載力。因此，用鋼量依然偏大，并且大直徑、厚壁鋼管的供貨渠道不多，如果采用雙層鋼管，則施工難度較大，如果采用高強(qiáng)鋼管，則造價(jià)較高。此外，鋼管長期暴露在酸雨、海水和鹽堿地等腐蝕性介質(zhì)中容易銹蝕，耐久性降低，導(dǎo)致鋼管結(jié)構(gòu)承載力顯著下降。同時(shí)，鋼管結(jié)構(gòu)在使用過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生向外或向內(nèi)的局部屈曲，從而不能很好的發(fā)揮鋼材的材料性能。

針對(duì)以上結(jié)構(gòu)，研究者也在不斷開發(fā)新的結(jié)構(gòu)形式，力求克服鋼管的缺點(diǎn)與不足。如中國專利第“201120333896.7”號(hào)，公開了一種“一種frp材料復(fù)合不銹鋼管”，但該結(jié)構(gòu)中所使用的frp為玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料、芳綸纖維增強(qiáng)塑料或四種纖維混雜增強(qiáng)塑料中的一種，這些增強(qiáng)材料為高能耗的纖維增強(qiáng)塑料，消耗了大量寶貴的石油資源，產(chǎn)品及廢料不可回收。

本發(fā)明提供一種竹材-鋼夾心管，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，滿足工程的應(yīng)用需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種竹材-鋼夾心管，延緩或阻止鋼管向外或向內(nèi)的局部屈曲，提升鋼管結(jié)構(gòu)的性能，提高結(jié)構(gòu)的受力性能和抗震性能，在潮濕、鹽堿地等惡劣環(huán)境中具有良好的耐久性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，此結(jié)構(gòu)充分利用了我國竹子資源，低碳環(huán)保，資源可再生，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。此結(jié)構(gòu)適用于惡劣環(huán)境下的高層建筑、橋梁工程、地下工程及港口工程等結(jié)構(gòu)中。

為此，本發(fā)明提供一種竹材-鋼夾心管，其特征在于該結(jié)構(gòu)包括竹復(fù)合芯管、鋼管、竹復(fù)合外管、外防護(hù)層，其中，竹復(fù)合芯管與竹復(fù)合外管均由縱向竹蔑條帶和橫向竹蔑條帶通過樹脂膠分層連續(xù)均勻纏繞粘貼于鋼管的內(nèi)外表面形成；外防護(hù)層直接涂覆固化在竹復(fù)合外管的外表面。

所述的縱向竹蔑條帶和橫向竹蔑條帶的纏繞層數(shù)均不受限制，可為0層、1層或1層以上，縱向竹蔑條帶的軸線方向沿著竹材-鋼夾心管的軸線方向，橫向竹蔑條帶的軸線方向與竹材-鋼夾心管的軸線垂直方向之間的角度在-45°至45°之間，各層橫向竹蔑條帶的軸線方向可以相同或不同，縱向竹蔑條帶為結(jié)構(gòu)提供縱向抗彎承載力，橫向竹蔑條帶為鋼管提供增強(qiáng)約束，延緩、推遲鋼管的局部屈曲。

所述的縱向竹蔑條帶和橫向竹蔑條帶采用竹蔑搭接、縫合或編織在襯布上，每層厚度0.3～1.5mm，竹蔑條帶的寬度為20～200mm。

所述的外防護(hù)層可采用環(huán)氧樹脂、不飽和聚脂樹脂或者瀝青等材料，并添加防老化填料。

所述的樹脂膠為環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。

本發(fā)明克服了公知的鋼管結(jié)構(gòu)所存在的不足，延緩、推遲鋼管的局部屈曲，提高了結(jié)構(gòu)承載力和抗變形能力，耐久性好，同時(shí)，成本低、綠色環(huán)保、資源可再生、節(jié)能減排效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益可觀。具體有益效果如下：

(1)該結(jié)構(gòu)由竹材、鋼管不同材料構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮構(gòu)成材料各自的特性：竹材復(fù)合管對(duì)鋼管持續(xù)的環(huán)向約束作用；鋼管的彈塑性使結(jié)構(gòu)具有良好的軸壓延性。

(2)竹材具有優(yōu)異的拉伸性能，在鋼管內(nèi)外表面纏繞竹材，不但可以減少鋼管的用鋼量，還可以抑制鋼管在軸壓過程中產(chǎn)生的局部屈曲，同時(shí)又可以作為鋼管的保護(hù)層，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

(3)竹材-鋼夾心管具有較大的軸向剛度，可以直接作為模板使用，節(jié)省了模板的制作費(fèi)用，縮短了建設(shè)工期。

(4)充分利用了傳統(tǒng)材料——竹子，竹子作為一種可再生的、環(huán)保的資源，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度、高剛度、耐腐蝕、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，本發(fā)明最大限度的發(fā)揮竹材韌性好、縱向拉伸強(qiáng)度高、耐腐蝕的材性優(yōu)勢。

在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，竹復(fù)合管是以連續(xù)的竹篾簾或竹纖維為基本材料，以樹脂為膠黏劑，采用先進(jìn)的橫向和縱向?qū)臃e纏繞工藝加工制成。最大限度地發(fā)揮竹材韌性好、縱向拉伸強(qiáng)度高、耐腐蝕的材料性能優(yōu)勢；并且加工過程耗能低，污染小，廢棄材料可回收，低碳環(huán)保，節(jié)約能源，節(jié)能減排，極大地拓展了竹產(chǎn)品應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域。本發(fā)明結(jié)構(gòu)，充分利用了鋼管、竹材的優(yōu)勢特點(diǎn)，取得了較好的綜合性能，適用于惡劣環(huán)境下的高層建筑、橋梁工程、地下工程及港口工程等結(jié)構(gòu)中的柱、橋墩、樁基礎(chǔ)、桁架桿件等。

附圖說明：

圖1為一種竹材-鋼夾心管的圓形橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種竹材-鋼夾心管的橢圓形橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為一種竹材-鋼夾心管的倒圓角形橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為一種竹材-鋼夾心管中縱向竹蔑條帶示意圖；

圖5為一種竹材-鋼夾心管中橫向竹蔑條帶示意圖；

在附圖1～附圖5中，1為竹復(fù)合芯管、2為鋼管、3為竹復(fù)合外管、4為外防護(hù)層、a為縱向竹蔑條帶、b為橫向竹蔑條帶。

具體實(shí)施方式：

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。本發(fā)明提供一種竹材-鋼夾心管，該結(jié)構(gòu)包括竹復(fù)合芯管1、鋼管2、竹復(fù)合外管3、外防護(hù)層4，其中，竹復(fù)合芯管1與竹復(fù)合外管3均由縱向竹蔑條帶a和橫向竹蔑條帶b通過樹脂膠分層連續(xù)均勻纏繞粘貼于鋼管2的內(nèi)外表面形成；外防護(hù)層4直接涂覆固化在竹復(fù)合外管3的外表面，外防護(hù)層4可采用環(huán)氧樹脂、不飽和聚脂樹脂或者瀝青等材料，并添加防老化填料。

所述的縱向竹蔑條帶a和橫向竹蔑條帶b采用竹蔑搭接、縫合或編織在襯布上，每層厚度0.3～1.5mm，竹蔑條帶的寬度為20～200mm?？v向竹蔑條帶a和橫向竹蔑條帶b的纏繞層數(shù)均不受限制，可為0層、1層或1層以上，縱向竹蔑條帶a的軸線方向沿著竹材-鋼夾心管的軸線方向，橫向竹蔑條帶b的軸線方向與竹材-鋼夾心管的軸線垂直方向之間的角度在-45°至45°之間，各層橫向竹蔑條帶b的軸線方向可以相同或不同。

所述的樹脂膠為環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。

竹復(fù)合管的制備方法：

(1)將毛竹開成竹蔑，脫脂、清洗、干燥并控制含水率，之后將竹蔑用襯布連接成一條連續(xù)的竹蔑條帶，厚度0.3～1.5mm，竹蔑條帶寬度20～200mm，連接方式可以為粘接、縫合、編織等；

(2)將上述竹蔑條帶卷成卷，參見附圖4，成卷后的竹蔑條帶呈圓柱形，竹蔑條帶的竹蔑竹纖維方向?yàn)榫碇品较颍?/p>

(3)將竹蔑條帶的竹蔑竹纖維方向沿著竹材-鋼夾心管的軸線方向鋪設(shè)，環(huán)向纏繞粘貼即纏繞縱向竹蔑條帶a；

(4)將竹蔑條帶的竹蔑竹纖維方向與竹材-鋼夾心管的軸線垂直方向之間的角度在-45°至45°之間纏繞，即纏繞橫向竹蔑條帶b；

(5)縱向竹蔑條帶a和橫向竹蔑條帶b的纏繞層數(shù)均不受限制，可為0層、1層或1層以上；

(6)邊纏繞邊加入樹脂膠，樹脂膠由環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種組成，如此往復(fù)，纏繞至設(shè)計(jì)厚度；

(7)經(jīng)過固化裝置固化，將固化好的管體進(jìn)行表面打磨和修整即可。

實(shí)施例一：

如圖1，本發(fā)明給出的一種竹材-鋼夾心管的圓形橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)包括竹復(fù)合芯管1、鋼管2、竹復(fù)合外管3、外防護(hù)層4，其中，竹復(fù)合芯管1與竹復(fù)合外管3均由縱向竹蔑條帶a和橫向竹蔑條帶b通過樹脂膠分層連續(xù)均勻纏繞粘貼于鋼管2的內(nèi)外表面形成；竹篾條帶采用縱向竹蔑條帶a和橫向竹蔑條帶b相組合的纏繞方式進(jìn)行纏繞，先進(jìn)行縱向竹蔑條帶a的纏繞，纏繞一層，接著進(jìn)行橫向竹蔑條帶b的纏繞，纏繞層數(shù)為一層，橫向竹蔑條帶b的軸線方向與竹材-鋼夾心管的軸線垂直方向之間的角度在-45°至45°之間，最后，在竹復(fù)合外管3外表面涂覆外防護(hù)層4。

實(shí)施例二：

如圖2，本發(fā)明給出的一種竹材-鋼夾心管的橢圓形橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，其具體制作方法同實(shí)施例一。

實(shí)施例三：

如圖3，本發(fā)明給出的一種竹材-鋼夾心管的倒圓角形橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，其制作方法同實(shí)施例一。

本發(fā)明與已有的鋼管、frp-鋼復(fù)合管相比，在提高結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，充分利用了我國的竹子資源，最大限度的發(fā)揮竹材內(nèi)壓比強(qiáng)度高、韌性好、縱向拉伸強(qiáng)度高、耐腐蝕等材性優(yōu)勢，制造過程各個(gè)環(huán)節(jié)是“綠色”的、對(duì)環(huán)境友好的，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，符合建設(shè)“資源節(jié)約型”、“環(huán)境友好型”的國家政策要求。