CN100547203C - 竹材梁构件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹材梁构件，它包括两层竹篾面层以及交替布置于两层竹篾面层之间的纵向连续纤维层和横向连接层，所述纵向连续纤维层由纵向布置的竹材组成，横向连接层由直交或斜交的竹篾或麻绳组成。本发明是一种成本低廉、加工制作方便、尺寸大、刚度和强度大、可加工性能好，同时能够满足作为结构构件的使用功能和耐久性要求的竹材梁。
Description
技术领域
本发明主要涉及到土木工程中的建筑构件领域，特指一种可作结构构件使用的竹材梁构件。
背景技术
当今社会，以钢材和水泥为主要原材料的钢筋混凝土结构、钢结构以及各种组合结构，是土木工程领域最主要的结构形式。冶金和水泥工业历来属于高能耗、高污染产业，钢材和水泥的生产需要消耗大量能源和不可再生的自然资源，同时产生大量的废水、废气和废渣，严重影响了生态环境，不符合可持续发展的要求。采用天然、环保、可再生的有机材料经过现代工艺加工、制作成为结构构件，逐步取代钢材和水泥使用，是实现建筑业可持续发展的必经之路。目前，在建筑领域使用最多的天然、可再生的有机材料是木材。
建筑上使用的木材主要分为两类。一类是原木以及利用原木经过锯、刨加工制成的木方、木板等。采用原木及其制品建造木结构，在我国有悠久的历史。木结构具有加工方便、建造简单、美观大方、适用性好等优点。但在我国由于森林资源匮乏，国家对木材砍伐控制严格，即便是人工造林，由于木材成材期长，因此原木来源即为有限，不可能大量建造木结构。另一类是胶合木，这种材料一般为板材，利用粘结剂和加压成型工艺，将尺寸较小的木板结合成尺寸相对较大的木板。胶合木一般只能用于室内装修或作模板使用。但在北美，胶合木板在木结构的主要墙板和楼板中应用非常广。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低廉、加工制作方便、尺寸大、刚度和强度大、可加工性能好，同时能够满足作为结构构件的使用功能和耐久性要求的竹材梁构件。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种竹材梁构件，其特征在于：它包括两层竹篾面层以及交替布置于两层竹篾面层之间的纵向连续纤维层和横向连接层，所述纵向连续纤维层由纵向布置的竹材组成，横向连接层由直交或斜交的竹篾或麻绳组成。
所述纵向连续纤维层或横向连接层内设置有加劲条。
所述加劲条沿纵向或横向布置，加劲条的材料为碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料、连续纤维、钢丝、钢丝绳、钢绞线或钢筋。
所述竹材梁的侧面上设有增强层，增强层的材料为碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料或芳纶纤维增强塑料。
所述纵向连续纤维层或横向连接层上设有预留孔道，预留孔道内设有预应力筋，所述预应力筋的材料为钢丝、钢铰线、钢丝绳、钢筋、碳纤维增强塑料筋材、玻璃纤维增强塑料筋材或芳纶纤维增强塑料筋材。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、本发明竹材梁构件采用竹材作为主要原材料，其原料来源广，而且是可再生资源，其具有生长速度快、成材周期短、产量大等优点，因此竹材来源有保障，更为重要的是，竹材是绿色材料，其生产过程环保、无污染，符合可持续发展的要求；
2、本发明竹材梁构件的自重轻，施工方便。竹材梁的主要材质是中空的竹纤维，密度小，因此竹材自重远小于钢材和混凝土。同时，竹材梁可刨、可锯、可钻，加工方便。竹材梁的抗弯刚度和抗弯强度相对较低，因此，本发明在竹材梁构件中根据需要设置加劲材料，或在竹材梁构件的受拉一侧设置增强层，或在竹材梁构件内预留孔道，再在孔道中设在预应力筋施加预应力。加劲材料和受拉一侧的增强层具有很高的比强度和比刚度，用于增强竹材梁构件纵向或横向的刚度和承载力，可以在基本不增加竹材梁构件结构自重、不影响竹梁结构外观的条件下大幅度提供竹材梁的纵向或横向刚度和承载力，从而有效减小竹梁的变形，增大竹材梁的跨度。通过在竹梁中预留孔道，并设置预应力筋，施加预应力可以极大的提高竹材梁的刚度和承载力，可实现竹梁应用于大跨度结构。采用竹材梁制作竹结构，可以在工厂预制好，现场安装，没有湿作用和焊接，工艺简单，施工速度快；
3、本发明竹材梁构件的外形美观，耐久性好。竹材经过加工后，可以是竹材的本色，也可以根据需要进行多种方式处理，色彩丰富。同时，竹材梁的外形规整、表面平滑、美观大方。竹材梁本身防霉防蛀，老化性能好，加工成竹材构件后也耐酸、耐腐蚀，维护费用低；
4、本发明竹材梁构件的厚度较大，长度较长。厚度可达40～50mm，长度根据需要可以达到5m或更长，而且刚度和承载力较已有的各种竹材制品大为提高，可加工制作成竹梁、竹承重板、钢-竹组合板或钢-竹-混凝土组合板等构件用于结构。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是图1中的A-A剖面结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4是图2中的B-B剖面结构示意图；
图5是本发明实施例3的结构示意图；
图6是图1中的C-C剖面结构示意图。
图例说明
1、竹篾面层 2、横向连接层
3、纵向连续纤维层 4、加劲条
5、增强层 6、预留孔道
7、预应力筋
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
实施例1：如图1和图2所示，本发明的竹材长板构件，它包括上、下两层竹篾面层1以及交替布置于两层竹篾面层1之间的纵向连续纤维层3和横向连接层2，纵向连续纤维层3由纵向布置的连续的竹材(例如长条竹片材)组成，横向连接层2由直交或斜交的竹篾或麻绳组成。根据需要，可以在纵向连续纤维层3内设置加劲条4。加劲条4沿纵向或横向布置，或呈网格状布置，加劲条4的布置方向和形状可以根据实际需要选择，加劲条4的材料为碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料、连续纤维、钢丝、钢丝绳、钢绞线或钢筋。本实施例中，竹篾面层1、纵向连续纤维层3和横向连接层2以及加劲条4通过粘结剂粘结而成，然后通过加压工艺加压成型。该粘结剂可以为酚醛树脂、尿醛树脂或环氧树脂，加压工艺则可以采用热压成型工艺或冷压工艺成型。在制作竹材梁构件时，首先将竹篾面层1、纵向连续纤维层3和横向连接层2编成竹帘，如果横向连接层2为其他材料，也编成帘状，然后将竹帘和加劲条4浸渍粘结剂，再在加压设备上分层平铺各层材料。先平铺一层竹篾面层1，然后交替平铺横向连接层2和纵向连续纤维层3，可以调整两者的材料用量比，纵向连续纤维层3比例越高，则竹材梁构件的抗弯刚度以及承载力越大。在纵向连续纤维层3内或在纵向连续纤维层3和横向连接层2之间设置加劲条4，该加劲条4一般采用纵向布置，但也可根据需要进行调整，最后再平铺一层竹篾面层1。通过加压使材料中的粘结剂固化，将各层材料以及加劲条4粘结成型。由于加劲条4和竹材通过粘结剂牢固粘结，通过两者结合面上剪应力的有效传递，实现共同工作，达到增强竹梁刚度和承载力的作用。最后将毛坯板锯边成型，制成竹材梁构件，并可根据需要，将大的竹梁切割成较小的竹梁使用。
用一个具体制作工艺为例：
1、将原竹材剖成6m长(根据需要可以调整)和1.22m宽的薄竹片，用细线分别将6m和1.22m的薄竹片连成单向的竹帘；
2、将竹帘高温压蒸杀菌，然后进行干燥；
3、将干燥好的竹帘和加劲条4浸渍水性酚醛树脂，然后晾干；
4、将各层材料按要求分层叠放。首先铺设竹篾面层1，再交替布置纵向连续纤维层3和横向连接层2，在铺设过程中，沿纵向在纵向连续纤维层3内布置加劲条4；
5、将分层叠放好的材料送入压力机热压成型，使粘结剂固化，热压时间、压力及升温降温程序根据不同规格竹梁试验确定；
6、切割毛坯板，制成成品。
实施例2：如图3和图4所示，本实施例与实施例1的结构大致上相同，首先将竹篾面层1、纵向连续纤维层3和横向连接层2编成竹帘，如果横向连接层2为其他材料，也编成帘状，然后将竹帘浸渍粘结剂。再在加压设备上分层平铺各层材料，先平铺一层竹篾面层1，然后交替平铺横向连接层2和纵向连续纤维层3，可以调整两者的材料用量比，纵向连续纤维层3比例越高，则竹材梁构件的抗弯刚度以及承载力越大。最后再平铺一层竹篾面层1。通过加压使材料中的粘结剂固化，将各层材料粘结成型。将毛坯板锯边成型，制成竹材梁板构件，并可根据需要，将大的竹梁切割成较小的竹梁使用。本实施例的区别就在于：最后，在竹梁构件上受拉一侧的侧面设有增强层5，该增强层5的材料为碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料或芳纶纤维增强塑料。
用一个具体制作工艺为例：
1、原竹材剖成6m长(根据需要可以调整)和1.22m宽的薄竹片，用细线分别将6m和1.22m的薄竹片连成单向的竹帘；
2、将竹帘高温压蒸杀菌，然后进行干燥；
3、将干燥好的竹帘浸渍水性酚醛树脂，然后晾干；
4、将各层材料按要求分层叠放。首先铺设竹篾面层1，再交替布置纵向连续纤维层3和横向连接层2；
5、将分层叠放好的材料送入压力机热压成型，使粘结剂固化，热压时间、压力及升温降温程序根据不同规格竹梁试验确定；
6、切割毛坯板，制成成品；
7、在竹梁构件上受拉一侧的侧面粘贴碳纤维增强塑料制成的增强层5，制成成品。
实施例3：如图5和图6所示，本实施例与实施例1的结构大致上相同，首先将竹篾面层1、纵向连续纤维层3和横向连接层2编成竹帘，如果横向连接层2为其他材料，也编成帘状，然后在竹材梁构件内，即纵向连续纤维层3或横向连接层2上设置有管状预留孔道6，将竹帘和预留孔道6外表面浸渍粘结剂，预留孔道6的材料可采用金属管、塑料管或复合管材。再在加压设备上分层平铺各层材料，先平铺一层竹篾面层1，然后交替平铺横向连接层2和纵向连续纤维层3，可以调整两者的材料用量比，纵向连续纤维层3比例越高，则竹材梁构件的抗弯刚度以及承载力越大。在预先设定的位置布置预留孔道6。最后再平铺一层竹篾面层1。通过加压使材料中的粘结剂固化，将各层材料以及预留孔道6粘结成型。由于预留孔道6和竹材通过粘结剂牢固粘结，通过两者结合面上剪应力的有效传递，实现共同工作和预应力的施加，达到增强竹材梁构件刚度和承载力的作用。将毛坯板锯边成型，制成竹材梁构件，并可根据需要，将大的竹梁切割成较小的竹梁使用。最后在预留孔道6中穿设预应力筋7，该预应力筋7的材料采用钢丝、钢铰线、钢丝绳、钢筋、碳纤维增强塑料筋材、玻璃纤维增强塑料筋材或芳纶纤维增强塑料筋材。通过张拉机具张拉预应力筋7，预应力筋7通过锚具或者预留孔道6内灌浆将预应力施加在竹材梁构件上。
用一个具体制作工艺为例：
1、原竹材剖成6m长(根据需要可以调整)和1.22m宽的薄竹片，用细线分别将6m和1.22m的薄竹片连成单向的竹帘；
2、将竹帘高温压蒸杀菌，然后进行干燥；
3、干燥好的竹帘和预留孔道6外表面浸渍水性酚醛树脂，然后晾干；
4、将各层材料按要求分层叠放。首先铺设竹篾面层1，再交替布置纵向连续纤维层3和横向连接层2，在铺设过程中，在预先设定的位置布置预留孔道6；
5、分层叠放好的材料送入压力机热压成型，使粘结剂固化，热压时间、压力及升温降温程序根据不同规格竹梁试验确定；
6、切割毛坯板，制成竹梁；
7、在预留孔道6中穿设预应力筋7，张拉预应力筋7；
8、在预留孔道6中灌浆，待灌浆料达到设计强度后，切断预应力筋7，对竹材梁构件施加预应力，制成成品。
Claims (4)
1、一种竹材梁构件，其特征在于：它包括两层竹篾面层(1)以及交替布置于两层竹篾面层(1)之间的纵向连续纤维层(3)和横向连接层(2)，所述纵向连续纤维层(3)由纵向布置的竹材组成，横向连接层(2)由直交或斜交的竹篾或麻绳组成，所述竹材梁的侧面上设有增强层(5)，增强层(5)的材料为碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料或芳纶纤维增强塑料。
2、根据权利要求1所述的竹材梁构件，其特征在于：所述纵向连续纤维层(3)或横向连接层(2)内设置有加劲条(4)。
3、根据权利要求2所述的竹材梁构件，其特征在于：所述加劲条(4)沿纵向或横向布置，加劲条(4)的材料为碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料、连续纤维、钢丝、钢丝绳、钢绞线或钢筋。
4、根据权利要求1或2或3所述的竹材梁构件，其特征在于：所述纵向连续纤维层(3)或横向连接层(2)上设有预留孔道(6)，预留孔道(6)内设有预应力筋(7)，所述预应力筋(6)的材料为钢丝、钢铰线、钢丝绳、钢筋、碳纤维增强塑料筋材、玻璃纤维增强塑料筋材或芳纶纤维增强塑料筋材。
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