CN107083820A - 一种竹材－钢夹心管 - Google Patents

Abstract

一种竹材‑钢夹心管，其特征在于该结构包括竹复合芯管(1)、钢管(2)、竹复合外管(3)、外防护层(4)，其中，竹复合芯管(1)与竹复合外管(3)均由纵向竹蔑条带(A)和横向竹蔑条带(B)通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管(2)的内外表面形成，纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.3～1.5mm，竹蔑条带的宽度为20～200mm，外防护层(4)直接涂覆固化在竹复合外管(3)的外表面。本发明克服了公知的钢管复合结构所存在的不足，延缓、推迟钢管的局部屈曲，提高了结构承载力和抗变形能力，耐久性好，同时，成本低、绿色环保、资源可再生、节能减排效果显著，经济效益可观。

Description

一种竹材-钢夹心管

技术领域

本发明属于土木建筑结构技术领域，具体涉及一种复合管材，尤其是一种竹材-钢夹心管。

背景技术

多年来国内外学者对钢管复合结构进行了大量的研究与应用，钢管的承压能力高、易加工，当钢管所受荷载较大时，构件截面依然会比较大，此时需要壁厚较厚的钢管以提高承载力。因此，用钢量依然偏大，并且大直径、厚壁钢管的供货渠道不多，如果采用双层钢管，则施工难度较大，如果采用高强钢管，则造价较高。此外，钢管长期暴露在酸雨、海水和盐碱地等腐蚀性介质中容易锈蚀，耐久性降低，导致钢管结构承载力显著下降。同时，钢管结构在使用过程中，不可避免的会产生向外或向内的局部屈曲，从而不能很好的发挥钢材的材料性能。

针对以上结构，研究者也在不断开发新的结构形式，力求克服钢管的缺点与不足。如中国专利第“201120333896.7”号，公开了一种“一种FRP材料复合不锈钢管”，但该结构中所使用的FRP为玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种，这些增强材料为高能耗的纤维增强塑料，消耗了大量宝贵的石油资源，产品及废料不可回收。

本发明提供一种竹材-钢夹心管，以克服现有技术中存在的缺陷，满足工程的应用需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种竹材-钢夹心管，延缓或阻止钢管向外或向内的局部屈曲，提升钢管结构的性能，提高结构的受力性能和抗震性能，在潮湿、盐碱地等恶劣环境中具有良好的耐久性等优点，同时，此结构充分利用了我国竹子资源，低碳环保，资源可再生，推动可持续发展。此结构适用于恶劣环境下的高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等结构中。

为此，本发明提供一种竹材-钢夹心管，其特征在于该结构包括竹复合芯管、钢管、竹复合外管、外防护层，其中，竹复合芯管与竹复合外管均由纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管的内外表面形成；外防护层直接涂覆固化在竹复合外管的外表面。

所述的纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上，纵向竹蔑条带的轴线方向沿着竹材-钢夹心管的轴线方向，横向竹蔑条带的轴线方向与竹材-钢夹心管的轴线垂直方向之间的角度在-45°至45°之间，各层横向竹蔑条带的轴线方向可以相同或不同，纵向竹蔑条带为结构提供纵向抗弯承载力，横向竹蔑条带为钢管提供增强约束，延缓、推迟钢管的局部屈曲。

所述的纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.3～1.5mm，竹蔑条带的宽度为20～200mm。

所述的外防护层可采用环氧树脂、不饱和聚脂树脂或者沥青等材料，并添加防老化填料。

所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

本发明克服了公知的钢管结构所存在的不足，延缓、推迟钢管的局部屈曲，提高了结构承载力和抗变形能力，耐久性好，同时，成本低、绿色环保、资源可再生、节能减排效果显著，经济效益可观。具体有益效果如下：

(1)该结构由竹材、钢管不同材料构成的组合结构，可以充分发挥构成材料各自的特性：竹材复合管对钢管持续的环向约束作用；钢管的弹塑性使结构具有良好的轴压延性。

(2)竹材具有优异的拉伸性能，在钢管内外表面缠绕竹材，不但可以减少钢管的用钢量，还可以抑制钢管在轴压过程中产生的局部屈曲，同时又可以作为钢管的保护层，提高结构的耐久性。

(3)竹材-钢夹心管具有较大的轴向刚度，可以直接作为模板使用，节省了模板的制作费用，缩短了建设工期。

(4)充分利用了传统材料——竹子，竹子作为一种可再生的、环保的资源，具有质轻、高强度、高刚度、耐腐蚀、价格低廉的特点，本发明最大限度的发挥竹材韧性好、纵向拉伸强度高、耐腐蚀的材性优势。

在本发明的结构中，竹复合管是以连续的竹篾帘或竹纤维为基本材料，以树脂为胶黏剂，采用先进的横向和纵向层积缠绕工艺加工制成。最大限度地发挥竹材韧性好、纵向拉伸强度高、耐腐蚀的材料性能优势；并且加工过程耗能低，污染小，废弃材料可回收，低碳环保，节约能源，节能减排，极大地拓展了竹产品应用的范围和领域。本发明结构，充分利用了钢管、竹材的优势特点，取得了较好的综合性能，适用于恶劣环境下的高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等结构中的柱、桥墩、桩基础、桁架杆件等。

附图说明：

图1为一种竹材-钢夹心管的圆形横截面结构示意图；

图2为一种竹材-钢夹心管的椭圆形横截面结构示意图；

图3为一种竹材-钢夹心管的倒圆角形横截面结构示意图；

图4为一种竹材-钢夹心管中纵向竹蔑条带示意图；

图5为一种竹材-钢夹心管中横向竹蔑条带示意图；

在附图1～附图5中，1为竹复合芯管、2为钢管、3为竹复合外管、4为外防护层、A为纵向竹蔑条带、B为横向竹蔑条带。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。本发明提供一种竹材-钢夹心管，该结构包括竹复合芯管1、钢管2、竹复合外管3、外防护层4，其中，竹复合芯管1与竹复合外管3均由纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的内外表面形成；外防护层4直接涂覆固化在竹复合外管3的外表面，外防护层4可采用环氧树脂、不饱和聚脂树脂或者沥青等材料，并添加防老化填料。

所述的纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.3～1.5mm，竹蔑条带的宽度为20～200mm。纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上，纵向竹蔑条带A的轴线方向沿着竹材-钢夹心管的轴线方向，横向竹蔑条带B的轴线方向与竹材-钢夹心管的轴线垂直方向之间的角度在-45°至45°之间，各层横向竹蔑条带B的轴线方向可以相同或不同。

所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

竹复合管的制备方法：

(1)将毛竹开成竹蔑，脱脂、清洗、干燥并控制含水率，之后将竹蔑用衬布连接成一条连续的竹蔑条带，厚度0.3～1.5mm，竹蔑条带宽度20～200mm，连接方式可以为粘接、缝合、编织等；

(2)将上述竹蔑条带卷成卷，参见附图4，成卷后的竹蔑条带呈圆柱形，竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向为卷制方向；

(3)将竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向沿着竹材-钢夹心管的轴线方向铺设，环向缠绕粘贴即缠绕纵向竹蔑条带A；

(4)将竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向与竹材-钢夹心管的轴线垂直方向之间的角度在-45°至45°之间缠绕，即缠绕横向竹蔑条带B；

(5)纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上；

(6)边缠绕边加入树脂胶，树脂胶由环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种组成，如此往复，缠绕至设计厚度；

(7)经过固化装置固化，将固化好的管体进行表面打磨和修整即可。

实施例一：

如图1，本发明给出的一种竹材-钢夹心管的圆形横截面结构示意图，该结构包括竹复合芯管1、钢管2、竹复合外管3、外防护层4，其中，竹复合芯管1与竹复合外管3均由纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的内外表面形成；竹篾条带采用纵向竹蔑条带A和横向竹蔑条带B相组合的缠绕方式进行缠绕，先进行纵向竹蔑条带A的缠绕，缠绕一层，接着进行横向竹蔑条带B的缠绕，缠绕层数为一层，横向竹蔑条带B的轴线方向与竹材-钢夹心管的轴线垂直方向之间的角度在-45°至45°之间，最后，在竹复合外管3外表面涂覆外防护层4。

实施例二：

如图2，本发明给出的一种竹材-钢夹心管的椭圆形横截面结构示意图，其具体制作方法同实施例一。

实施例三：

如图3，本发明给出的一种竹材-钢夹心管的倒圆角形横截面结构示意图，其制作方法同实施例一。

本发明与已有的钢管、FRP-钢复合管相比，在提高结构性能的同时，充分利用了我国的竹子资源，最大限度的发挥竹材内压比强度高、韧性好、纵向拉伸强度高、耐腐蚀等材性优势，制造过程各个环节是“绿色”的、对环境友好的，推动可持续发展，符合建设“资源节约型”、“环境友好型”的国家政策要求。

Claims (5)

1.一种竹材-钢夹心管，其特征在于该结构包括竹复合芯管(1)、钢管(2)、竹复合外管(3)、外防护层(4)，其中，竹复合芯管(1)与竹复合外管(3)均由纵向竹蔑条带(A)和横向竹蔑条带(B)通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管(2)的内外表面形成，外防护层(4)直接涂覆固化在竹复合外管(3)的外表面。

2.根据权利要求1所述的一种竹材-钢夹心管，其特征在于纵向竹蔑条带(A)和横向竹蔑条带(B)的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层以上，纵向竹蔑条带(A)的轴线方向沿着竹材-钢夹心管的轴线方向，横向竹蔑条带(B)的轴线方向与竹材-钢夹心管的轴线垂直方向之间的角度在-45°至45°之间，各层横向竹蔑条带(B)的轴线方向可以相同或不同。

3.根据权利要求1所述的一种竹材-钢夹心管，其特征在于纵向竹蔑条带(A)和横向竹蔑条带(B)采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.3～1.5mm，竹蔑条带的宽度为20～200mm。

4.根据权利要求1所述的一种竹材-钢夹心管，其特征在于外防护层(4)可采用环氧树脂、不饱和聚脂树脂或者沥青等材料，并添加防老化填料。

5.根据权利要求1所述的一种竹材-钢夹心管，其特征在于树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。