專(zhuān)利名稱(chēng)：全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全復(fù)合材料組合樁柱的制備方法，尤其是一種全部利用復(fù)合材料 制造的耐腐蝕性能好、重量輕、強(qiáng)度高的基礎(chǔ)樁柱的制備方法，它可用于海洋環(huán)境中土木工 程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的墩柱、管樁基礎(chǔ)、碼頭自浮式靠船墩體系以及可用作搶修搶建工程的墩柱以 及電線(xiàn)桿、風(fēng)力發(fā)電、高壓輸電支撐件，具體地說(shuō)是一種全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料大多采用水泥、鋼材等，為我國(guó)城市化進(jìn)程和大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的物資保證。但是，無(wú)論是鋼材還是混凝土，都是一種能源消耗性的材料， 并在相當(dāng)程度上污染了環(huán)境，對(duì)環(huán)境生態(tài)造成一定影響。此外，早期采用鋼材和混凝土建造 的許多工程項(xiàng)目，尤其是大型基礎(chǔ)設(shè)施工程項(xiàng)目，由于各種原因出現(xiàn)了影響其耐久性和使 用壽命的問(wèn)題，大量的養(yǎng)護(hù)和加固費(fèi)用支出使得人們認(rèn)識(shí)到工程結(jié)構(gòu)耐久性的重要性。在 這樣的背景下，從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，出于對(duì)有限資源的節(jié)約和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷 增強(qiáng)，可持續(xù)發(fā)展成為政府的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，并逐漸形成“可持續(xù)性工程”和“綠色工程”的 概念?；谶@一目標(biāo)，開(kāi)發(fā)新型節(jié)能、生態(tài)環(huán)保、高性能結(jié)構(gòu)材料勢(shì)在必行。由纖維材料與 基體材料按一定比例混合并經(jīng)過(guò)一定工藝復(fù)合形成的高性能新型材料復(fù)合材料自從20世 紀(jì)40年代問(wèn)世以來(lái)，在航空、航天、船舶、汽車(chē)、化工、醫(yī)學(xué)和機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，復(fù)合材料以其高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)始在土木與建筑工程結(jié)構(gòu)中 得到應(yīng)用，并受到工程界的廣泛關(guān)注。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料雖然抗拉強(qiáng)度較高，但同時(shí)存在 剛度較低的弱點(diǎn)，且受經(jīng)濟(jì)條件的制約。因此若要實(shí)現(xiàn)在土木工程中大規(guī)模應(yīng)用，還需將纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料與其他材料相結(jié)合，通過(guò)創(chuàng)新構(gòu)造與成型工藝提高構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度、降 低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的復(fù)合材料樁柱存在的剛度低，制造復(fù)雜的問(wèn)題，提高 一種剛度高、制備簡(jiǎn)單，無(wú)需大型設(shè)備即可快速成形的全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是。一種全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是它包括以下步驟
第一步，根據(jù)最終成形的樁柱的形狀，將其分解為若干簡(jiǎn)單的柱狀體(如三角形、 梯形、長(zhǎng)方形、正方形、扇形或拱形與多邊形等便于加工的形狀)；
第二步，將輕質(zhì)芯材作加工成與上述分解后的各柱狀體相匹配的形狀并用纖維布 將其表面全部包裹，得到包裹體；
第三步，將各包裹體拼成一個(gè)與最終成形的樁柱一致的拼裝體，再用纖維布將拼 裝體包裹形成一個(gè)整體；
第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo) 入樹(shù)脂浸漬定形，得到以包裹的纖維布為格構(gòu)體的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱。
任意的樁柱截面可分解成若干簡(jiǎn)單的柱狀體，當(dāng)將兩根或兩根以上包裹成整體的 拼裝體裝入成形模具中，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo)入樹(shù)脂浸漬定形，可得到以縱向包裹的 纖維布為格構(gòu)體、端面包裹的纖維布為橫隔板的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱。所述的纖維布為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維。所述的輕質(zhì)芯材為泡沫或木材。所述的分解形成的柱狀體的橫截面形狀為三角形、梯形、長(zhǎng)方形、正方形、扇形或 拱形與多邊形的組合體。詳述如下
(1)本發(fā)明的樁柱結(jié)構(gòu)可由一塊塊形狀簡(jiǎn)單的輕質(zhì)芯材外包一層或多層纖維布組成， 纖維布可以是碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維等，芯材可以是泡沫或木材。任意形 式的截面均可將劃分成形狀簡(jiǎn)單的矩形、梯形、三角形等，以便成型。(2)各塊包裹著纖維布的芯材組成八角形、圓形、矩形等截面，并在截面外邊整體 包裹一層或多層纖維布，裝進(jìn)模具，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo)入，使各芯材與纖維布通過(guò)樹(shù) 脂浸漬成一體。(3)為了提高構(gòu)件的整體性，對(duì)于較長(zhǎng)(如超過(guò)2米)的樁柱，將每段包裹纖維布 的一定長(zhǎng)度(如1米)芯材按設(shè)計(jì)要求組成截面，截面外裹纖維布放入模具，真空導(dǎo)入樹(shù)脂 后，在每米芯材的分段處形成纖維增強(qiáng)橫隔板。(4)通過(guò)真空導(dǎo)入工藝，該構(gòu)件在芯材與芯材的結(jié)合處均形成了格構(gòu)，提高了構(gòu)件 的整體性與強(qiáng)度。格構(gòu)的厚度可根據(jù)受力要求設(shè)計(jì)，通過(guò)包裹纖維布的層數(shù)與厚度來(lái)改變， 截面外表面包裹的纖維布可多于內(nèi)部芯材包裹的纖維布，以提高截面外表面在腐蝕環(huán)境中 的耐久性。(5)該格構(gòu)樁柱也可設(shè)計(jì)成具有一定的推拔度，頂部截面小于底部截面，用作電線(xiàn) 桿等產(chǎn)品。若要將該樁柱用作重載承重構(gòu)件，還可在格構(gòu)成型之后將芯材取出，以格構(gòu)作為 混凝土澆注的模板，形成復(fù)合材料約束混凝土格構(gòu)樁柱。本發(fā)明的有益效果
1.本發(fā)明提出的全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱，充分利用了復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特 點(diǎn)，以聚氨酯泡沫為芯材的格構(gòu)樁柱其自重只有混凝土的1/10，鋼的1/36，以泡桐木為芯 材的格構(gòu)樁柱自重只有混凝土的1/5，鋼的1/17。因此它可用作運(yùn)輸起重機(jī)械難以到達(dá)的 山區(qū)道路橋梁承重樁柱、電線(xiàn)桿、風(fēng)力發(fā)電支撐桿以及戰(zhàn)時(shí)橋梁搶修搶建。2.纖維層可以采用混雜或者單一纖維多角度鋪設(shè)，格構(gòu)層厚度可根據(jù)具體的受力 要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。各塊包裹纖維層的芯材通過(guò)真空導(dǎo)入的樹(shù)脂浸漬成整體，提高了截面的強(qiáng) 度與剛度。3.本發(fā)明提出的制備工藝實(shí)施方便，無(wú)需大型拉擠設(shè)備即可成型各種復(fù)雜的截


圖1是利用本發(fā)明方法制備的截面呈實(shí)心八角形的全復(fù)合格構(gòu)樁柱的示意圖。圖2是圖1的樁柱的縱向剖視圖。
圖3是全部利用三角形拼接體拼接形成的本發(fā)明的樁柱的截面示意圖。圖4是本發(fā)明的圓形樁柱的斷面示意圖。圖5是本發(fā)明的矩形的樁柱的斷面示意圖。圖6是本發(fā)明的中空的八角形樁柱的斷面示意圖。圖7是本發(fā)明的部分拼裝體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是與圖1相配的待真空導(dǎo)入的樁柱的方體示意圖。圖9是圖8所示的樁柱成形后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是帶有一度錐度的樁柱結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例一。如圖1、7、8、9 所示。一種八角形全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，它包括以下步驟 第一步，根據(jù)最終成形的樁柱的形狀，將其分解為由為四個(gè)長(zhǎng)方體、四 個(gè)三角體和一個(gè)正方體組成的柱狀體，如圖1所示；
第二步，將輕質(zhì)芯材2 (泡沫或木材)加工成與上述形狀一致的四個(gè)長(zhǎng)方體、四個(gè)三角 體和一個(gè)正方體并用纖維布3 (可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維)將其表面 分別包裹定形共得到九個(gè)中間體，各中間體的形狀如圖7所示；
第三步，將前述包裹成形的九個(gè)柱狀體拼成一個(gè)與最終成形的樁柱一致的拼裝 體，再用纖維布1 (可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維)將拼裝體包裹形成一個(gè) 整體，如圖8所示；
第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo) 入環(huán)氧樹(shù)脂(也可以是聚氨酯樹(shù)脂等常用的樹(shù)脂)浸漬定形，使環(huán)氧樹(shù)脂滲入輕質(zhì)芯材中并 將纖維布固結(jié)成形，得到以包裹的纖維布1為格構(gòu)體的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱，如圖9所示。對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)(超過(guò)芯材的長(zhǎng)度)的樁柱，可將樁柱截面分解成若干簡(jiǎn)單的柱狀 體，將兩根或兩根以上包裹成圖8所示的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空 導(dǎo)入樹(shù)脂浸漬定形，可得到以縱向包裹的纖維布1為格構(gòu)體、端面包裹的纖維布為橫隔板4 的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱，如圖2所示。本實(shí)施例所述的真空導(dǎo)入和浸漬溫度均與現(xiàn)有技術(shù)相同。本實(shí)施例制備所得的樁柱重量只有普通混凝土構(gòu)件的1/10，鋼構(gòu)件的1/36，抗拉 強(qiáng)度與鋼接近，以Balsa輕木為芯材的格構(gòu)樁柱抗壓強(qiáng)度與C25和C30混凝土的軸心抗壓 強(qiáng)度接近。實(shí)施例二。如圖3所示。本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于組成八角形的拼裝體全部采用相同的三角 形柱體(共8個(gè))拼裝而成，每個(gè)三角形柱體的各面全部用纖維布包裹。實(shí)施例三。如圖4、7所示。
本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于最終成形樁柱的形成為圓形，該圓形由一 個(gè)正方體、四個(gè)扇形(圖7e)和四個(gè)由拱形與多邊體(圖7d)拼接成的異形柱體組成。實(shí)施例四。如圖5所示。本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于最終成形樁柱的形成為方形，該方形由九個(gè)正方 體拼接而成。實(shí)施例五。如圖6、7所示。本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于最終成形樁柱的為中心八角開(kāi)結(jié)構(gòu)，它由完全相 同的八個(gè)梯形體(如圖7c)拼接而成。實(shí)施例六。如圖10。本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于整個(gè)樁體呈錐形結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)施二 實(shí)施例的樁柱的性能與實(shí)施例一樣，其綜合性能同比均有很 大的提高。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是它包括以下步驟第一步，根據(jù)最終成形的樁柱的形狀，將其分解為若干柱狀體；第二步，將輕質(zhì)芯材作加工成與上述分解后的各柱狀體相匹配的形狀并用纖維布將其表面全部包裹，得到包裹體；第三步，將各包裹體拼成一個(gè)與最終成形的樁柱一致的拼裝體，再用纖維布將拼裝體包裹形成一個(gè)整體；第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo)入樹(shù)脂浸漬定形，得到以包裹的纖維布為格構(gòu)體的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是將任意的樁柱截 面分解成若干簡(jiǎn)單的柱狀體，將兩根或兩根以上包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在 模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo)入樹(shù)脂浸漬定形，得到以縱向包裹的纖維布為格構(gòu)體、端面包裹的 纖維布為橫隔板的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是所述的纖維布為 碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是所述的輕質(zhì)芯材 為泡沫或木材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是所述的分解形成 的柱狀體的橫截面形狀為三角形、梯形、長(zhǎng)方形、正方形、扇形或拱形與多邊形的組合體。
全文摘要
一種全復(fù)合材料格構(gòu)樁柱的成形方法，其特征是它包括以下步驟第一步，根據(jù)最終成形的樁柱的形狀，將其分解為若干柱狀體；第二步，將輕質(zhì)芯材作加工成與上述分解后的各柱狀體相匹配的形狀并用纖維布將其表面全部包裹，得到包裹體；第三步，將各包裹體拼成一個(gè)與最終成形的樁柱一致的拼裝體，再用纖維布將拼裝體包裹形成一個(gè)整體；第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開(kāi)孔進(jìn)行真空導(dǎo)入樹(shù)脂浸漬定形，得到以包裹的纖維布為格構(gòu)體的復(fù)合材料格構(gòu)樁柱。本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單，成形方便，強(qiáng)度高，用途廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02D5/24GK101892660SQ20101022733
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉偉慶, 方海, 王俊, 祝露, 趙慧敏, 陸偉東 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)