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：
本發(fā)明涉及一種竹梁構(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)：
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(wú)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(wèn)題竹材的彈性模量低，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(guò)程較短暫，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)延性的需求不相符。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(guò)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?？傊?，目前公知的技術(shù)尚不能解決竹梁應(yīng)用所存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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。在本發(fā)明中，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(guò)連接件與竹材緊密相連。
本發(fā)明的基本原理如下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(guò)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。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， FRP筋在竹材壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，二者通過(guò)壓制膠結(jié)形成整體。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(guò)膠結(jié)與竹材壓制形成整體。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(guò)連接件與竹材連接成一體。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。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(guò)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。連接件為鋼筋或FRP筋制作，通過(guò)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。本發(fā)明克服了竹梁的一些公知的缺陷，具有以下有益效果(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；(2) 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；(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)；(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(guò)程環(huán)境污染小，能耗 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；(5)竹子可再生能力強(qiáng)，生長(zhǎng)周期短，環(huán)保節(jié)能。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。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；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；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；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；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；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。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)施例方式為了對(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

本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
。如圖1至圖6所示，本發(fā)明提供一種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(guò)連接件4與竹材 1緊密相連。具體實(shí)施中，F(xiàn)RP筋21或FRP布22與竹材1通過(guò)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(guò)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)。實(shí)施例一如圖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(guò)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(guò)連接件4與竹材1緊密相連。實(shí)施例二 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(guò)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(guò)連接件4與竹材1緊密相連。實(shí)施例三如圖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(guò)連接件4與竹材1緊密相連。
實(shí)施例四如圖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(guò)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(guò)連接件4與竹材1緊密相 連。實(shí)施例五如圖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(guò)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(guò)連接件4與竹材1緊 密相連。實(shí)施例六如圖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(guò)連接件4與竹材1緊密相連。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。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ι壓制前植入竹坯料相應(yīng)位置，通過(guò)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。連接件4為鋼筋或FRP筋制作，通過(guò)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5cm 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。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
本發(fā)明提供一種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(guò)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(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(guò)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(22)位于 竹材(1)的中下部截面內(nèi)或底部，F(xiàn)RP布(22)可為一層或多層，通過(guò)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)位于竹材(1)的上部，其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(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。
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(guò)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-竹-混凝土組合梁，其特征在于所述的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。
全文摘要
本發(fā)明提供一種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(guò)連接件(4)與竹材(1)緊密相連。本發(fā)明充分利用了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)E04B1/58GK101942885SQ20101028251
公開日2011年1月12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)