CN104675017A - 一种新型的预应力连续竹木梁推广装置 - Google Patents

Abstract

一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，涉及一种连续梁。本发明为了解决现有的胶合竹、木梁多呈简支形式，破坏呈脆性，材料强度不能被充分利用，且变形较大的问题。本发明的竹、木材(1)的两端固定有端部U型连接件(11)，相邻两个竹、木材(1)通过端部U型连接件(11)建立连接；一体化锚固单元(5)固定在端部U型连接件(11)的顶板上，竹、木材(1)的下端面上设置有转向承压轮(2)，预应力钢绞线(3)布于竹、木材(1)前后两侧，并通过转向承压轮(2)控制线型形成折线，并锚固在一体化锚固单元(5)上。本发明提高了现代竹木结构在工程中的运用速度，实现了竹木结构的有效推广。

Description

一种新型的预应力连续竹木梁推广装置

技术领域

本发明涉及一种连续梁，具体涉及一种预应力连续竹木梁，属于土木工程领域。

背景技术

研究预应力胶合竹木结构意义重大：《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》第4项20条指出，“重点研究开发高效、低成本、大规模农林生物质的培育、收集与转化关键技术”，预应力胶合竹木张弦梁楼盖结构体系是装配式建筑的另一种重要形式，其研究、示范与推广，属于对我国农林生物质材料的高效利用，与发改委、住建部大力提倡的《绿色建筑行动方案》精神相吻合。由预应力胶合竹木张弦梁楼盖体系建造的房屋，不仅低碳环保，能够可持续发展，而且利润大、附加价值高，能够引导建筑行业和竹、木材相关行业向高效、健康的方向发展，具有十分重大的社会意义和经济价值。(1)竹、木结构房屋绿色环保，性能优异，可持续发展

我国正处于工业化、城镇化、信息化和农业现代化快速发展的历史时期，人口、资源、环境的压力日益凸显。据资料统计，我国的建筑中，超过80％是非节能建筑，其每单位面积的耗能水平是发达国家的2～3倍，建筑行业能源消耗约占社会总能耗的1/3。另一方面，钢材、混凝土等传统建材工业具有不可持续性，所用的矿石资源日渐枯竭，不可再生。以石灰石为例，我国可采储量为790亿吨，按目前水泥年产量22亿吨计算，还可采30多年。在这种大背景下，发展可再生建材，实现绿色建筑，成为了当前建筑结构发展的必然趋势，也是我国经济可持续发展的重要保障。

竹材和木材是天然资源，具有可再生性，而且在其生长过程中能够释放氧气，改善环境。竹木结构房屋保温性好，具有节能减排的特点，据统计，如果用木结构代替混凝土结构，在建造阶段，可节省45.24％的能源和46.17％的水；在使用阶段节省10.92％的电能^[2]。此外，相比于钢材和混凝土，竹木材制品废弃后更易处理，可作为燃料，也可以作为人造板或纸张原料等进行循环利用。由此可见，竹、木结构房屋具有低碳环保和可持续发展的特点，符合国家节能减排战略和绿色建筑产业化政策，是极具发展潜力的建筑形式。(2)竹、木材结合了竹材和木材的优点，强度高，刚度好，适合用做结构材

竹、木材是指将竹材与木材以相同或不同的结构单元形式进行组合及胶接而成的复合板材或方材。这种材料将强度高的竹材用于构件表面，易于加工的木材用于构件内部，可以充分发挥两种材料的优点。

通过现代胶合技术加工而成的竹、木材，构件的长度和截面尺寸不受材料天然尺寸限制，能够充分利用我国竹、木林业资源。我国竹类资源丰富，竹子种类和竹林面积约占世界的1/4，达538.10万公顷，竹材产量约占1/2，居世界各国之首，而且随着胶合竹、重组竹加工技术的成熟，彻底改变了竹材外圆内空，不宜加工使用的缺点，极大地拓展了竹材的适用范围；在木材方面，我国人公林面积达0.69亿公顷，也居世界首位。

将竹、木材用于量大面广，高附加值的建筑结构中，可以解决我国小径材、劣质材的出路，带动竹木加工产业的发展，创造更多的就业机会，产生极大的经济效益。同时，只要规划管理得当，科学砍伐，合理补种，需求会刺激林业发展，进而推动绿化，改善环境，产生极大的社会效益。

(3)普通胶合竹、木梁多呈简支形式，破坏呈脆性，材料强度不能被充分利用，且变形较大

竹、木材料受原材料尺寸和加工公益限制，长度一般达不到连续梁的要求，此外，竹、木构件对接接头传递弯矩的能力较低，导致节点连接刚度不足，因此，一般木梁大多呈简支形式。

一般均布荷载作用下，普通胶合竹、木简支梁在跨中截面达到弯矩最大值，从跨中到支座，外荷载产生的弯矩逐渐减小，因此，除跨中截面外，其他截面的材料强度均不能被充分利用。胶合竹、木简支梁一般先在受拉边缺陷位置出现裂缝，最后因材料抗拉强度不足，发生脆性破坏，此时，材料的抗压强度尚未充分发挥。

和连续梁相比，简支梁的变形要大得多，而且竹、木材料的蠕变，会进一步增大梁变形，影响使用。实际工程中，很多竹、木材的截面尺寸由变形控制，更有研究表明，胶合竹梁按挠度验算的极限承载力大约是按强度验算的极限承载力的1/5，材料强度未能得到充分利用。现有连续梁间常采用U形钢板、角钢等作为传力单元，通过螺栓或螺钉与竹、木材连成整体，这种连接方式传递弯矩的能力较低，设计时只能按简支进行处理。

综上所述，亟待设计一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，其将具有重要的学术价值与社会意义。

发明内容

本发明为了解决胶合竹、木梁多呈简支形式，破坏呈脆性，材料强度不能被充分利用，且变形较大的问题，进而提供一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，将预应力技术从简支梁延伸到连续梁、框架梁，进而形成预应力胶合竹木楼盖结构体系。

本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明所述一种新型的预应力连续竹木梁推广装置包括竹、木材，竹、木材的两端固定有端部U型连接件，相邻两个竹、木材通过端部U型连接件建立连接；一体化锚固单元固定在端部U型连接件的顶板上，竹、木材的下端面上设置有转向承压轮，预应力钢绞线布于竹、木材前后两侧，并通过转向承压轮控制线型形成折线，并锚固在一体化锚固单元上。

优选的：一种新型的预应力连续竹木梁推广装置还包括加劲板，所述加劲板设置在竹、木材的前后两侧，且加劲板与端部U型连接件固定连接。如此设置，结构稳定性强。

优选的：所述端部U型连接件的底板长度大于其顶板长度。如此设置，线型需要，结构稳定性强。

优选的：所述预应力钢绞线通过丝扣拧张装置施加预应力张拉在竹、木材上，丝扣拧张装置包括垫板、张拉螺杆和转向块，所述垫板固定在竹、木材的底面上，张拉螺杆的上端固定连接在垫板上，所述转向块连接在张拉螺杆上，转向块上加工有导槽，预应力钢绞线的张拉点处嵌入导槽内。如此设置，便于实现钢绞线的张拉，固定钢绞线位置，对木梁施加预应力，不仅提高了承载力，加大梁跨。

优选的：所述垫板的底面上留有1mm的涂料滑油凹槽。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明的预应力连续竹木梁将预应力技术从简支梁延伸到连续梁、框架梁，进而形成预应力胶合竹木楼盖结构体系。

通过一套自行研发的端部连接装置，实现胶合竹、木结构的梁梁连接、梁柱连接和梁墙连接，并通过预应力增强构件之间的整体性，进而形成整体装配式预应力胶合竹木楼梯结构体系，具有如下优点：

①通过端部连接装置和预应力，可以提高节点刚度，实现刚接或半刚接，改变简支梁的弯矩分布，从体系上，达到充分利用材料，减小变形的目的；

②施加预应力可以减小胶合竹、木梁的短期变形，并且在使用过程中可以通过调节预应力的大小，减小或消除蠕变对长期变形影响；

③施加预应力后，竹材和木材由纯弯状态转化为压弯状态，可以充分利用竹材和木材的抗压强度，节省材料；

④通过预应力张弦技术而形成的钢木组合构件，预应力筋受拉，竹、木材受压，极大地提高了构件的延性，从而提高了梁的可靠度。

综上所述，在前期预应力胶合竹木简支梁的研究基础上，通过自行研发的端部连接装置，将预应力技术延伸到连续梁、框架梁，实现整体装配式预应力胶合竹木张弦梁楼盖结构体系，可以节省材料、增大跨度、控制变形，并实现竹木材料的高值利用，是一种受力合理，且易于推广的创新型楼盖体系。本发明的研究具有重要的学术价值与社会意义。

附图说明

图1是本发明预应力连续竹木梁的结构示意图；

图2是预应力连续竹木梁端部连接关系示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2的仰视图；

图5是顶层梁柱连接示意图；

图6是非顶层梁柱连接示意图；

图7是梁墙连接立面示意图；

图8是丝扣拧张装置的结构示意图；

图9是图8的A-A剖视图。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

具体实施方式：本实施方式的一种新型的预应力连续竹木梁推广装置包括竹、木材1，竹、木材1的两端固定有端部U型连接件11，相邻两个竹、木材1通过端部U型连接件11建立连接；一体化锚固单元5固定在端部U型连接件11的顶板上，竹、木材1的下端面上设置有转向承压轮2，预应力钢绞线3布于竹、木材1前后两侧，并通过转向承压轮2控制线型形成折线，并锚固在一体化锚固单元5上。

一种新型的预应力连续竹木梁推广装置还包括加劲板4，所述加劲板4设置在竹、木材1的前后两侧，且加劲板4与端部U型连接件11固定连接。如图2所示。

所述端部U型连接件11的底板长度大于其顶板长度。如图2、3、4、5所示。

所述预应力钢绞线3通过丝扣拧张装置6施加预应力张拉在竹、木材1上，丝扣拧张装置6包括垫板7、张拉螺杆8和转向块9，所述垫板7固定在竹、木材1的底面上，张拉螺杆8的上端固定连接在垫板7上，所述转向块9连接在张拉螺杆8上，转向块9上加工有导槽10，预应力钢绞线3的张拉点处嵌入导槽10内。如图8所示。

所述垫板7的底面上留有1mm的涂料滑油凹槽12。如图9所示。

端部U型连接件11将独立的竹、木材连成整体，形成楼盖结构，是整个体系中的关键部件，其连接性能是否可靠，传力是否明确合理，将直接决定楼盖结构的整体工作性能。因此，提出一种包括梁梁连接、梁柱连接和梁墙连接在内的新型端部连接装置，并与预应力技术相结合，有效提高节点刚度，可靠传递弯矩和剪力，是形成预应力胶合竹木张弦梁楼盖结构的基础，也是进行推广的关键。

形成预应力胶合竹木张弦连续梁(如图1所示)的过程为：首先，将单跨的竹、木材置于端部U型连接件11和梁侧的加劲板4形成凹槽内，在竹、木材中打竖向孔，并通过对接螺栓将竹、木材与端部U型连接件11连成整体；然后，将两根嵌入端部连接装置的单跨梁，通过对接螺栓连为整体，形成连续梁。

预应力钢绞线3布于梁侧，通过转向承压轮2控制线型，形成折线，并锚固在一体化锚固单元5上。一体化锚固单元5与端部U型连接件11连为一体，形成从预应力钢绞线到一体化锚固单元再到端部U型连接件的传力路径。因为，预应力钢绞线的线型和连续梁的弯矩图相吻合，此预应力张弦连续梁的受力更为合理，在中支座位置，通过预应力钢绞线和端部U型连接件顶板受拉，竹、木材和端部U型连接件底板受压来承担支座负弯矩。

具体应用时，除了上述梁梁连接外，还可形成梁柱连接(如图5、6所示)和梁墙连接(如图7所示)。在中间层梁柱连接中，先在梁柱节点下设置两个承托角钢，并通过穿过柱子的对接螺栓与柱连为一体；然后，将竹、木材置入端部U型连接件中，通过对接螺栓与承托角钢和U形连接件连为一体；最后，通过对接螺栓穿过柱子，将两侧的梁和柱子连成整体，形成框架。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，其特征在于：包括竹、木材(1)，竹、木材(1)的两端固定有端部U型连接件(11)，相邻两个竹、木材(1)通过端部U型连接件(11)建立连接；一体化锚固单元(5)固定在端部U型连接件(11)的顶板上，竹、木材(1)的下端面上设置有转向承压轮(2)，预应力钢绞线(3)布于竹、木材(1)前后两侧，并通过转向承压轮(2)控制线型形成折线，并锚固在一体化锚固单元(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，其特征在于：一种新型的预应力连续竹木梁推广装置还包括加劲板(4)，所述加劲板(4)设置在竹、木材(1)的前后两侧，且加劲板(4)与端部U型连接件(11)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，其特征在于：所述预应力钢绞线(3)通过丝扣拧张装置(6)施加预应力张拉在竹、木材(1)上，丝扣拧张装置(6)包括垫板(7)、张拉螺杆(8)和转向块(9)，所述垫板(7)固定在竹、木材(1)的底面上，张拉螺杆(8)的上端固定连接在垫板(7)上，所述转向块(9)连接在张拉螺杆(8)上，转向块(9)上加工有导槽(10)，预应力钢绞线(3)的张拉点处嵌入导槽(10)内。

4.根据权利要求3所述的一种新型的预应力连续竹木梁推广装置，其特征在于：所述垫板(7)的底面上留有1mm的涂料滑油凹槽(12)。