CN105710948B - I字型高强重组竹梁及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是I字型高强重组竹梁及制备方法，结构包括高强重组竹上翼缘、高强重组竹下翼缘、高强重组竹腹板、低密度重组竹抗剪竹销，其中高强重组竹上、下翼缘与高强重组竹腹板的上、下部分别通过A、B卡槽，A、B抗剪竹销连接。优点：1）在保证梁承载力的基础上，充分利用了天然竹资源，可减轻建筑生产对环境的负荷；2）翼缘构型采用定型尺寸，梁的高度根据受力情况通过腹板高度调整，既便于标准化生产，也可满足装配式结构及建筑多样性的需求；3）采用卡槽、抗剪竹销连接，工艺简单，连接可靠，质量易控制；4）I字型截面，充分利用高强重组竹拉、压强度高的特点，提高梁承载效率，省材，减轻构件自身重量，降低制备成本，便于建筑装配。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种可应用于建筑工程结构的I字型高强重组竹梁及制备方法，属于工程技术领域。
背景技术
环境恶化、资源紧缺、寻求可持续发展、环境友好型建筑材料成了当今土木领域的热点，建筑工业不仅能耗是总能耗的消耗大户，对环境的影响也不可忽视，而竹材在我国有第二森林的美称，竹材是一种可再生、可降解的天然生物质复合材料，一般3-5年就可以成材，具有硬阔叶树材的诸多优良特性，其比强度和比刚度高于钢材，是一种理想的绿色高强建筑材料，竹材的环境负荷远小于钢材、混凝土等传统建筑材料。竹材经工业化加工，可以制成各种竹质复合材料，广泛用于建筑模板、车厢底板、地板和家具制造。
其中，重组竹是原竹经剖篾加工、低温干燥，再同方向组坯、浸胶、加压等多种工艺制成的一种高强竹质复合材料，经过近30 年的研究与发展，其生产工艺已经标准化。目前制造的重组竹纵向（顺纤维方向）抗拉强度和抗压强度分别可达140MPa 和60MPa，弹性模量可达14000MPa；其力学性能和阻燃性均优于木材，环保指标已达欧洲E1 级标准，因此，重组竹可以满足现代建筑结构对材料的力学、环保与耐久性等方面的性能要求。
研究表明，重组竹结构在节能环保、工业化生产、装配式施工等方面有着传统材料不可替代的优势，以重组竹作为结构材料建造多层甚至高层建筑是极具潜势的发展方向。
然而现阶段我国竹木结构设计理论不完善，设计手段落后，在可持续发展的引领下，日益紧缺劳动力的形势下，发展装配式、工厂标准化生产的竹结构建筑，非常有意义，因此依据现代结构分析技术与结构设计原理进行装配式竹结构分析与设计是十分必要的。
目前以混凝土和钢材为主要原料的装配式结构，其缺点有以下几点：（1）自重较大；（2）运输不便；（3）构件尺寸根据设计需要确定，不具有通用性，不利于标准化生产；（4）能耗高、污染大，成本相对较高；本发明能有效改善以上状况。
发明内容
本发明的目的在于提出一种I字型高强重组竹梁及制备方法，其目的旨在发展绿色、环保、可再生、装配式、工厂标准化生产的高强生物质建筑结构构件，为克服现有技术所存在的上述缺陷，该梁可以提供足够的强度（即承载力）与刚度（即变形），满足工程设计要求，并且具有自重小、绿色环保、可再生、可降解、低能耗、低污染、可标准化生产等特点。
本发明的技术解决方案：I字型高强重组竹梁，其结构包括高强重组竹上翼缘1、高强重组竹下翼缘2、高强重组竹腹板3、卡槽4、低密度重组竹抗剪竹销5，其中高强重组竹上翼缘1与高强重组竹腹板3的上部通过A卡槽4、A抗剪竹销5连接，高强重组竹下翼缘2与高强重组竹腹板3的下部通过B卡槽4、B抗剪竹销5连接；工作时，I字型高强重组竹梁受到荷载作用，高强重组竹梁上翼缘1首先受压，梁发生弯曲，继而高强重组竹下翼缘受到拉伸作用；同时，连接翼缘与腹板的抗剪竹销、卡槽提供足以满足抗拔、抗剪的承载力，通过高强重组竹的上、下翼缘与高强重组竹腹板3的连接构成具有承载能力的梁。
I字型高强重组竹梁的制备方法，包括如下步骤：
（1）装配各部件；
（2）制作高强重组竹翼缘；
（3）制作高强重组竹腹板；
（4）制作抗剪竹销；
（5）抗剪竹销与翼缘的组合连接。
本发明的优点：
1）采用高强重组竹生物质竹材制作I字型梁，在保证梁承载力的基础上，充分利用了我国天然竹资源，能耗低、污染小，减轻了建筑生产对环境的负荷；
2）翼缘构型可采用生产线标准化尺寸，梁的高度可根据受力情况通过腹板高度调整，因此，这种形式的梁既便于标准化生产，也可满足装配式结构、建筑多样性的需求；
3）翼缘与腹板采用卡槽与竹销连接件连接，工艺简单，连接可靠，质量易控制；
4）梁的截面采用I字型截面，充分利用了高强重组竹拉、压强度高的特点，提高了梁承载效率，节省了大量材料也减轻了构件自身重量，大大降低了制备成本，便于建筑装配式生产。
附图说明
附图1是I字型高强重组竹梁示意图。
附图2是I字型高强重组竹梁翼缘及卡槽示意图。
附图3是I字型高强重组竹梁腹板示意图。
附图4是抗剪竹销示意图。
附图5是抗剪竹销连接示意图。
附图中的1是高强重组竹梁上翼缘（中间有卡槽4），2是高强重组竹梁下翼缘（中间有卡槽4），3是高强重组竹腹板，5是低密度重组竹抗剪竹销。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案：
对照附图，I字型高强重组竹梁，其结构包括高强重组竹上翼缘1、高强重组竹下翼缘2、高强重组竹腹板3、卡槽4、抗剪竹销5，其中高强重组竹上翼缘1与高强重组竹腹板3的上部通过A卡槽4、A抗剪竹销5连接，高强重组竹下翼缘2与高强重组竹腹板3的下部通过B卡槽4、B抗剪竹销5连接；工作时，I字型高强重组竹梁受到荷载作用，高强重组竹梁上翼缘1首先受压，梁发生弯曲，继而高强重组竹下翼缘受到拉伸作用；同时，连接翼缘与腹板的抗剪竹销、卡槽提供足以满足抗拔、抗剪的承载力，通过高强重组竹的上、下翼缘与高强重组竹腹板3的连接构成具有承载能力的梁。
工作时，梁受到荷载作用，I字型高强重组竹梁的上翼缘首先受压，梁发生弯曲，继而下翼缘受到拉力作用；同时，连接翼缘与腹板的卡槽及竹销提供足够的抗拔与抗剪承载力，将上、下翼缘与腹板连接成具有足够承载能力的梁。
制备方法，包括如下步骤：
1）I字型高强重组竹梁所有的部件装配在一起，参考相关规范，其梁的尺寸根据需要设计，梁的高度仅需根据受力情况通过腹板高度调整，即图2中腹板3的高度（见图1）；
2）高强重组竹翼缘，采用高强重组竹材，所述高强重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于120MPa，顺纹抗压强度不低于60MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于15MPa，工艺制作过程如下：将原竹剖割成约长2m、宽15mm、厚3mm的竹蔑，经80℃恒温烘干至含水率低于11%，再将竹篾碾压成竹丝束，同方向平行组坯并浸渍酚醛树脂胶（胶固含量不得低于25%）后二次干燥至含水率低于11%，最后通过高温热压（温度不低于160℃，压力不低于5MPa，速度为1mm/min）胶合而成。参考美国标准ASTM D2559，其长度和宽度根据设计、计算确定，参考规范GB 50005-2003，厚度采用生产线标准化尺寸，如图2示意；
3）高强重组竹腹板，采用高强重组竹材，参考相关规范，其长度和厚度根据设计、计算确定，参考规范GB 50005-2003，高度根据受力情况确定，如图3示意；
所述高强重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于120MPa，顺纹抗压强度不低于60MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于15Mpa，含水率不大于12%；
4）高强重组竹料中的抗剪竹销，采用低密度重组竹，所述低密度重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于80MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10MPa，含水率不大于12%，工艺制作过程如下：将原竹剖割成约长2m、宽15mm、厚3mm的竹蔑，经80℃恒温烘干至含水率低于11%，再将竹篾碾压成竹丝束，同方向平行组坯并浸渍酚醛树脂胶（胶固含量不得低于20%）后二次干燥至含水率低于11%，最后通过高温热压（温度不低于140℃，压力不低于2.5MPa，速度为1mm/min）胶合而成。参考相关规范，通过设计、计算及试验来确定其具体尺寸，如图4示意，参考规范GB 50005-2003；
所述低密度重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于80MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10Mpa，含水率不大于12%；
5）高强重组竹料中的抗剪竹销与高强重组竹上、下翼缘的连接，如图5示意。
设计制备的重组竹纵向（顺纤维方向）抗拉强度和抗压强度分别可达140 MPa和60MPa，弹性模量可达14000 MPa，它的结构致密均匀，其力学性能和阻燃性均优于一般木材，环保指标已达欧洲E1级标准，因此，重组竹可以满足现代建筑结构对材料的力学、环保与耐久性等方面的性能要求，重组竹梁采用I字型截面，即采用高强重组竹高密度竹材制作梁的上、下翼缘和腹板，在梁上、下翼缘宽的中央处沿着重组竹顺纹方向开一个纵向凹槽导轨，将腹板嵌入凹槽导轨简称卡槽并用抗剪竹销固定形成具有足够承载力的I字型高强重组竹梁。
本发明的I字型高强重组竹梁适用于普通建筑中的梁，甚至是桥梁及大跨度空间结构中的受弯承重梁。
所述梁取材方便，低碳环保，且工艺简单，连接可靠，质量易控制，便于运输，大大降低了楼板制备的成本，由于高强重组竹板厚度采用定型尺寸，梁的高度根据受力情况仅通过腹板高度调整，因而，这种梁便于标准化生产，满足装配式结构，也可满足建筑多样性的需求。
实施例
I字型高强重组竹梁，其结构包括高强重组竹上翼缘1（中间带卡槽4）、高强重组竹下翼缘2（中间带卡槽4）、高强重组竹腹板3、低密度重组竹抗剪竹销5，其中高强重组竹上翼缘1与高强重组竹腹板3的上部通过A卡槽4、A抗剪竹销5连接，高强重组竹下翼缘2与高强重组竹腹板3的下部通过B卡槽4、B抗剪竹销5连接。
高强重组竹上翼缘1、高强重组竹下翼缘2、高强重组竹腹板3采用高强重组竹材，所述高强重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于120MPa，顺纹抗压强度不低于60MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于15MPa，含水率不大于12%，其工艺制作过程如下：将原竹剖割成长2m、宽15mm、厚3mm的竹蔑，经80℃恒温烘干至含水率低于11%，再将竹篾碾压成竹丝束，同方向平行组坯并浸渍酚醛树脂胶（胶固含量不得低于25%），然后二次干燥至含水率低于11%，最后通过高温热压（温度不低于160℃，压力不低于5MPa，速度为1mm/min）胶合而成。
低密度重组竹抗剪竹销5采用低密度重组竹材，所述低密度重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于80MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10MPa，含水率不大于12%，其工艺制作过程如下：将原竹剖割成长2m、宽15mm、厚3mm的竹蔑，经80℃恒温烘干至含水率低于11%，再将竹篾碾压成竹丝束，同方向平行组坯并浸渍酚醛树脂胶（胶固含量不得低于20%）后二次干燥至含水率低于11%，最后通过高温热压（温度不低于140℃，压力不低于2.5MPa，速度为1mm/min）胶合而成。
所述的高强重组竹上翼缘1与高强重组竹下翼缘2的厚度为60mm，宽度为120mm，并在翼缘中间开设卡槽，卡槽宽度为62mm，深度为20mm；高强重组竹腹板3的高度为130mm，厚度为60mm，长度为36000mm；I字型高强重组竹梁的总高度为250mm，宽度为120mm，长度为36000mm，截面形状为I型。抗剪竹销5直径为15mm实心圆柱体，长度为60mm，竹销沿着梁纵向的间距为75mm，距梁两头端距为75mm，竹销伸入腹板深度为40mm，伸入翼缘深度为20mm，翼缘与腹板预钻孔的孔径为17mm。
高强重组竹纵向（顺纤维方向）抗拉强度和抗压强度分别不低于120 MPa和60MPa，弹性模量不低于11000 MPa，含水率不大于12%；
低密度重组竹纵向（顺纤维方向）抗拉强度和抗压强度分别不低于80 MPa和40MPa，弹性模量不低于9000 MPa，顺纹抗剪承载能力不低于12MPa，含水率不大于12%；环保指标达到欧洲E1级标准。
Claims (1)
1.I字型高强重组竹梁，其特征是包括高强重组竹上翼缘，中间带A卡槽、高强重组竹下翼缘，中间带B卡槽、高强重组竹腹板、低密度重组竹抗剪竹销；其中高强重组竹上翼缘与高强重组竹腹板的上部通过A卡槽、A抗剪竹销5连接，高强重组竹下翼缘与高强重组竹腹板的下部通过B卡槽、B抗剪竹销连接；
高强重组竹上翼缘、高强重组竹下翼缘、高强重组竹腹板采用高强重组竹材，所述高强重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于120MPa，顺纹抗压强度不低于60MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于15MPa，含水率不大于12%，其工艺制作过程如下：将原竹剖割成长2m、宽15mm、厚3mm的竹蔑，经80℃恒温烘干至含水率低于11%，再将竹篾碾压成竹丝束，同方向平行组坯并浸渍酚醛树脂胶,胶固含量不得低于25%，然后二次干燥至含水率低于11%，最后通过高温热压,温度不低于160℃，压力不低于5MPa，速度为1mm/min，胶合而成；
低密度重组竹抗剪竹销采用低密度重组竹材，所述低密度重组竹材是指顺纹抗拉强度不低于80MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10MPa，含水率不大于12%，其工艺制作过程如下：将原竹剖割成长2m、宽15mm、厚3mm的竹蔑，经80℃恒温烘干至含水率低于11%，再将竹篾碾压成竹丝束，同方向平行组坯并浸渍酚醛树脂胶,胶固含量不得低于20%后二次干燥至含水率低于11%，最后通过高温热压,温度不低于140℃，压力不低于2.5MPa，速度为1mm/min胶合而成；
所述的高强重组竹上翼缘与高强重组竹下翼缘的厚度为60mm，宽度为120mm，并在翼缘中间开设卡槽，卡槽宽度为62mm，深度为20mm；高强重组竹腹板的高度为130mm，厚度为60mm，长度为36000mm；
I字型高强重组竹梁的总高度为250mm，宽度为120mm，长度为36000mm，截面形状为I型；
抗剪竹销直径为15mm实心圆柱体，长度为60mm，竹销沿着梁纵向的间距为75mm，距梁两头端距为75mm，竹销伸入腹板深度为40mm，伸入翼缘深度为20mm，翼缘与腹板预钻孔的孔径为17mm；
高强重组竹纵向顺纤维方向抗拉强度和抗压强度分别不低于120 MPa和60 MPa，弹性模量不低于11000 MPa，含水率不大于12%；
低密度重组竹纵向顺纤维方向抗拉强度和抗压强度分别不低于80 MPa和40 MPa，弹性模量不低于9000 MPa，顺纹抗剪承载能力不低于12MPa，含水率不大于12%；环保指标达到欧洲E1级标准。
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