CN107806006B - 一种原竹-混凝土组合桥梁及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种原竹‑混凝土组合桥梁，包括原竹纵梁(1)、竹面板(2)、现浇混凝土层(3)、竹筒连接键(4)共同组成，其特征在于，两根及两根以上内含天然竹节(11)的原竹纵梁(1)等长平行设置，竹面板(2)搁置于原竹纵梁(1)的顶面，竹筒连接键(4)由管状毛竹切段(41)和填充料(42)组成，管状毛竹切段(41)垂直贯穿原竹纵梁(1)的预留孔洞(12)和竹面板(2)的圆形开孔(21)，并伸入现浇混凝土层(3)内，管状毛竹切段(41)的管内及预留孔洞(12)所在节段的原竹纵梁(1)内腔填满填充料(42)，现浇混凝土层(3)通过竹筒连接键(4)与原竹纵梁(1)、竹面板(2)连接形成整体。本发明桥梁结构取材容易，绿色环保，结构整体性好，结合多种材料的优势，满足桥梁结构的正常使用和耐久性需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合结构桥梁，尤其是一种原竹-混凝土组合桥梁及其制造方法，属于土木建筑结构领域。
背景技术
现如今，我国土木工程界致力于绿色环保的新材料、新型结构的研究，而竹材凭借独特优势成为当前研究与应用的新的热点。原竹具有强度高、韧性好、纤维长等特性，从物理性能上看，原竹薄壁中空的自然形态是力学上一种很好的筒体结构；与混凝土、普通钢材、木材相比，竹材强度重量比更优；此外，竹材的生长周期短，原竹种植三至五年即可成林，七至九年可用作建筑用材，合理砍伐利用还可加快竹子的新城代谢，促进其生长，是绿色环保可持续的一种材料。
然而，原竹作为建筑材料也不可避免地存在一些不足，包括竹材本身固有的弹性模量低，挠度变形大等缺陷，因此原竹的土木工程应用也受到限制。目前，原竹在土木工程领域的现有应用主要集中于脚手架、临时结构等，现有技术使得原竹无法应用于主体承载结构，尤其是荷载较大的主体结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种原竹-混凝土组合桥梁及其制造方法，结合了原竹和混凝土材料的优点，在保证结构强度，降低自重的同时，还注重了工程建设的绿色环保，充分发挥多种材料的优势，满足桥梁结构正常使用和耐久性的需求。
本发明的技术方案为：一种原竹-混凝土组合桥梁结构，包括原竹纵梁、竹面板、现浇混凝土层、竹筒连接键共同组成，其特征在于，两根及两根以上内含天然竹节的原竹纵梁等长平行设置，竹面板搁置于原竹纵梁的顶面，原竹纵梁采用天然原竹制作，原竹纵梁的顶面间隔设置预留孔洞，预留孔洞开设于两两天然竹节之间，竹面板表面设有圆形开孔，其位置、直径与预留孔洞的位置、直径相同并一一对应，每根原竹纵梁至少布置两个竹筒连接键，竹筒连接键由管状毛竹切段和填充料组成，管状毛竹切段垂直贯穿原竹纵梁的预留孔洞和竹面板的圆形开孔，并伸入现浇混凝土层内，管状毛竹切段的管内及预留孔洞所在节段的原竹纵梁内腔填满填充料，管状毛竹切段通过填充料与原竹纵梁相固结，现浇混凝土层浇筑于竹纵梁和竹面板的顶面，竹面板的上表面设有凸起或凹进构造，其竹纤维方向与原竹纵梁的纵向垂直，现浇混凝土层通过竹筒连接键与原竹纵梁、竹面板连接形成整体。
本发明的一种原竹-混凝土组合桥梁，充分利用了天然原竹材料，原竹纵梁采用天然原竹制作，原竹纵梁位于桥梁截面的下部受拉区，充分发挥其抗拉强度高的优点，现浇混凝土层位于桥梁截面上部受压区，充分发挥其截面刚度大、受压能力强的特性，原竹纵梁和竹面板充当底模，无需混凝土模板搭设工作，原竹纵梁和现浇混凝土层通过竹筒连接键连接形成整体，竹筒连接键利用管状毛竹切段和填充料制作形成，其为原竹纵梁与现浇混凝土层之间有效提供了界面抗滑移力，通过在原竹纵梁和竹面板浇筑现浇混凝土层，使得原竹纵梁、竹面板和现浇混凝土层形成为整体结构。多种材料组合工作，形成了结构整体的承载力，具备刚度高，自重轻，绿色环保，材料来源广泛的特点。
相邻两根原竹纵梁的净间距大于零或为零，相邻两根原竹纵梁的净间距大于零时，现浇混凝土层浇筑于竹面板的上表面；相邻两根原竹纵梁的净间距为零时，可不设竹面板，现浇混凝土层直接浇筑于密排布置的原竹纵梁的上表面。
所述的管状毛竹切段倾斜贯穿原竹纵梁的预留孔洞和竹面板的圆形开孔。
所述的管状毛竹切段的四周与原竹纵梁的预留孔洞和竹面板的圆形开孔内表面密切接触连接，管状毛竹切段的上、下部分别伸入现浇混凝土层和原竹纵梁的内腔内不小于30mm。
相邻两根原竹纵梁的竹筒连接键可以同位布置或错位布置，错位布置时错开一个或一个以上天然竹节。
所述的管状毛竹切段可替换为管状复合材料切段、管状塑料切段或管状金属切段。
所述的填充料为普通砂浆、聚合物砂浆、环氧砂浆、混凝土、加气混凝土或有机树脂胶中的一种，竹面板采用原竹片、竹材层积材、竹材胶合板、竹材集成材、重组竹材或编制竹帘加工制作，现浇混凝土层可采用普通混凝土、加气混凝土、轻集料混凝土或陶粒混凝土中的一种。
一种原竹-混凝土组合桥梁的制造方法，其特征在于预先对原竹纵梁、竹面板进行开孔加工，以由管状毛竹切段和填充料组成的竹筒连接键为连接中介，平行布置原竹纵梁，安放竹面板，浇筑现浇混凝土层形成为一种原竹-混凝土组合桥梁，其步骤如下：
A.加工原竹纵梁：挑选直径与长度相接近的内含天然竹节的天然原竹制作原竹纵梁，在原竹纵梁的上部沿长度方向间隔开设若干预留孔洞，预留孔洞开设于两两天然竹节之间，直径与状毛竹切段外径相一致；
B.加工竹面板：采用竹材层积材、竹材胶合板、竹材集成材、重组竹材或编制竹帘加工制作竹面板，竹面板的上表面设有凸起或凹进构造，在竹面板与原竹纵梁的预留孔洞对应位置处开设圆形开孔，直径与状毛竹切段外径相一致；
C.制作管状毛竹切段：将选取的天然原竹按照设计长度截断，制作成若干管状毛竹切段；
D.布排原竹纵梁：将两根及两根以上内含天然竹节的原竹纵梁等长平行设置，原竹纵梁的纵向沿着桥梁的纵向，相邻两根原竹纵梁的净间距大于零或为零；
E.制作竹筒连接键：将各个管状毛竹切段垂直贯穿于原竹纵梁的预留孔洞和竹面板的圆形开孔并临时固定，管状毛竹切段的上、下部分别伸入现浇混凝土层和原竹纵梁的内腔内不小于30mm，采用灌注法将管状毛竹切段的管内及预留孔洞所在节段的原竹纵梁内腔填满填充料；
F.安放竹面板：待填充料固结后，以原竹纵梁为支架，安放竹面板，将竹筒连接键的管状毛竹切段的上端穿过竹面板的圆形开孔，竹面板的竹纤维方向与原竹纵梁的纵向垂直；
G.浇筑现浇混凝土层：在原竹纵梁和竹面板之上，浇筑现浇混凝土层，形成为一种原竹-混凝土组合桥梁。
相邻两根原竹纵梁的净间距为零时，可不安放竹面板，现浇混凝土层直接浇筑于密排布置的原竹纵梁的上表面。
在本发明实施方法上，原竹纵梁、竹面板、管状毛竹切段都可以提前工厂预制或加工，通过现场依次安装各组成构件现浇混凝土形成整体结构，无需大型施工机械，容易实现标准化生产。
本发明将原竹应用于原竹-混凝土组合桥梁截面的受拉材料与界面连接的抗剪材料，充分利用了原竹这一自然界的原生材料，具有以下有益效果：
(1)与普通原竹结构桥梁相比，原竹-混凝土组合桥梁克服了原竹结构的承载能力较低的问题，具有承载力高、刚度大的特点。
(2)与钢筋混凝土桥梁相比，原竹-混凝土组合桥梁轻质高强，经济效应好，适用于对承载力要求不高的农桥建设。
(3)与胶合竹-混凝土组合结构相比，原竹-混凝土组合桥梁材料来源简单，无需竹材深度加工，整体造价低，技术简单。
(4)原竹-混凝土组合桥梁结构用绿色环保的原竹代替了高耗能的钢材等材料，绿色环保，环境效益高。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1一种原竹-混凝土组合桥梁结构立体示意图；
图2一种原竹-混凝土组合桥梁结构平面示意图；
图3一种原竹-混凝土组合桥梁结构的A-A截面图；
图4一种原竹-混凝土组合桥梁结构的B-B截面图；
图5一种原竹-混凝土组合桥梁结构的C-C截面图；
图6一种原竹-混凝土组合桥梁相邻两根原竹纵梁的净间距为零时的结构立体示意图；
图7一种原竹-混凝土组合桥梁结构的管状毛竹切段立体示意图；
图8一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的工艺流程图；
图9一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的加工原竹纵梁的步骤示意图；
图10一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的加工竹面板的步骤示意图；
图11一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的制作管状毛竹切段的步骤示意图；
图12一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的布排原竹纵梁的步骤示意图；
图13一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的制作竹筒连接键的步骤示意图；
图14一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的安放竹面板的步骤示意图；
图15一种原竹-混凝土组合桥梁制造方法的浇筑现浇混凝土层的步骤示意图。
在附图中，1为原竹纵梁，2为竹面板，3为现浇混凝土层，4为竹筒连接键，11为天然竹节，12为原竹纵梁上的预留孔洞，21为竹面板上的圆形开孔，41为管状毛竹切段，42为填充料。
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。
如图1～图7，本发明提供一种原竹-混凝土组合桥梁结构，包括原竹纵梁1、竹面板2、现浇混凝土层3、竹筒连接键4共同组成，其特征在于，两根及两根以上内含天然竹节11的原竹纵梁1等长平行设置，竹面板2搁置于原竹纵梁1的顶面，原竹纵梁1采用天然原竹制作，原竹宜选用直径8～15cm的原竹，原竹纵梁1的顶面间隔设置预留孔洞12，预留孔洞12开设于两两天然竹节11之间，预留孔洞12直径宜比原竹直径小2cm以上，竹面板2表面设有圆形开孔21，其位置、直径与预留孔洞12的位置、直径相同并一一对应，每根原竹纵梁1至少布置两个竹筒连接键4，竹筒连接键4由管状毛竹切段41和填充料42组成，管状毛竹切段41垂直贯穿原竹纵梁1的预留孔洞12和竹面板2的圆形开孔21，并伸入现浇混凝土层3内，管状毛竹切段41的管内及预留孔洞12所在节段的原竹纵梁1内腔填满填充料42，管状毛竹切段41通过填充料42与原竹纵梁1相固结，现浇混凝土层3浇筑于竹纵梁1和竹面板2的顶面，竹面板2的上表面设有凸起或凹进构造，其竹纤维方向与原竹纵梁1的纵向垂直，现浇混凝土层3通过竹筒连接键4与原竹纵梁1、竹面板2连接形成整体。
相邻两根原竹纵梁1的净间距大于零或为零，相邻两根原竹纵梁1的净间距大于零时，现浇混凝土层3浇筑于竹面板2的上表面；相邻两根原竹纵梁1的净间距为零时，可不设竹面板2，现浇混凝土层3直接浇筑于密排布置的原竹纵梁1的上表面。
所述的管状毛竹切段41倾斜贯穿原竹纵梁1的预留孔洞12和竹面板2的圆形开孔21。
所述的管状毛竹切段41的四周与原竹纵梁1的预留孔洞12和竹面板2的圆形开孔21内表面密切接触连接，管状毛竹切段41的上、下部分别伸入现浇混凝土层3和原竹纵梁1的内腔内不小于30mm。
相邻两根原竹纵梁1的竹筒连接键4可以同位布置或错位布置，错位布置时，相邻两根原竹纵梁1的竹筒连接键4应错开一个或一个以上天然竹节11。
所述的管状毛竹切段41可替换为管状复合材料切段、管状塑料切段或管状金属切段。
所述的填充料42为普通砂浆、聚合物砂浆、环氧砂浆、混凝土、加气混凝土或有机树脂胶中的一种，竹面板2采用原竹片、竹材层积材、竹材胶合板、竹材集成材、重组竹材或编制竹帘加工制作，现浇混凝土层3可采用普通混凝土、加气混凝土、轻集料混凝土或陶粒混凝土中的一种。
如图8～图15，一种原竹-混凝土组合桥梁的制造方法，其特征在于预先对原竹纵梁1、竹面板2进行开孔加工，以由管状毛竹切段41和填充料42组成的竹筒连接键4为连接中介，平行布置原竹纵梁1，安放竹面板2，浇筑现浇混凝土层3形成为一种原竹-混凝土组合桥梁，其步骤如下：
A.加工原竹纵梁：挑选直径与长度相接近的内含天然竹节11的天然原竹制作原竹纵梁1，在原竹纵梁1的上部沿长度方向间隔开设若干预留孔洞12，预留孔洞12开设于两两天然竹节11之间，直径与状毛竹切段41外径相一致；
B.加工竹面板：采用竹材层积材、竹材胶合板、竹材集成材、重组竹材或编制竹帘加工制作竹面板2，竹面板2的上表面设有凸起或凹进构造，在竹面板2与原竹纵梁1的预留孔洞12对应位置处开设圆形开孔21，直径与状毛竹切段41外径相一致；
C.制作管状毛竹切段：将选取的天然原竹按照设计长度截断，制作成若干管状毛竹切段41：
D.布排原竹纵梁：将两根及两根以上内含天然竹节11的原竹纵梁1等长平行设置，原竹纵梁1的纵向沿着桥梁的纵向，相邻两根原竹纵梁1的净间距大于零或为零；
E.制作竹筒连接键：将各个管状毛竹切段41垂直贯穿于原竹纵梁1的预留孔洞12和竹面板2的圆形开孔21并临时固定，管状毛竹切段41的上、下部分别伸入现浇混凝土层3和原竹纵梁1的内腔内不小于30mm，采用灌注法将管状毛竹切段41的管内及预留孔洞12所在节段的原竹纵梁1内腔填满填充料42；
F.安放竹面板：待填充料42固结后，以原竹纵梁1为支架，安放竹面板2，将竹筒连接键4的管状毛竹切段41的上端穿过竹面板2的圆形开孔21，竹面板2的竹纤维方向与原竹纵梁1的纵向垂直；
G.浇筑现浇混凝土层：在原竹纵梁1和竹面板2之上，浇筑现浇混凝土层3，形成为一种原竹-混凝土组合桥梁。
当相邻两根原竹纵梁1的净间距为零时，可不安放竹面板2，现浇混凝土层3直接浇筑于密排布置的原竹纵梁1的上表面。
Claims (6)
1.一种原竹-混凝土组合桥梁，包括原竹纵梁(1)、竹面板(2)、现浇混凝土层(3)、竹筒连接键(4)共同组成，其特征在于，两根以上内含天然竹节(11)的原竹纵梁(1)等长平行设置，竹面板(2)搁置于原竹纵梁(1)的顶面，原竹纵梁(1)采用天然原竹制作，原竹纵梁(1)的顶面间隔设置预留孔洞(12)，预留孔洞(12)开设于两两天然竹节(11)之间，竹面板(2)表面设有圆形开孔(21)，其位置、直径与预留孔洞(12)的位置、直径相同并一一对应，每根原竹纵梁(1)至少布置两个竹筒连接键(4)，相邻两根原竹纵梁(1)的竹筒连接键(4)同位布置或错位布置，错位布置时错开一个以上天然竹节(11)，竹筒连接键(4)由管状毛竹切段(41)和填充料(42)组成，管状毛竹切段(41)垂直贯穿原竹纵梁(1)的预留孔洞(12)和竹面板(2)的圆形开孔(21)，并伸入现浇混凝土层(3)内，管状毛竹切段(41)的管内及预留孔洞(12)所在节段的原竹纵梁(1)内腔填满填充料(42)，管状毛竹切段(41)通过填充料(42)与原竹纵梁(1)相固结，现浇混凝土层(3)浇筑于竹纵梁(1)和竹面板(2)的顶面，管状毛竹切段(41)的四周与原竹纵梁(1)的预留孔洞(12)和竹面板(2)的圆形开孔(21)内表面密切接触连接，管状毛竹切段(41)的上、下部分别伸入现浇混凝土层(3)和原竹纵梁(1)的内腔内不小于30mm，竹面板(2)的上表面设有凸起或凹进构造，其竹纤维方向与原竹纵梁(1)的纵向垂直，现浇混凝土层(3)通过竹筒连接键(4)与原竹纵梁(1)、竹面板(2)连接形成整体。
2.根据权利要求1所述的一种原竹-混凝土组合桥梁，其特征在于相邻两根原竹纵梁(1)的净间距大于零或为零，现浇混凝土层(3)浇筑于竹面板(2)的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种原竹-混凝土组合桥梁，其特征在于所述的管状毛竹切段(41)倾斜贯穿原竹纵梁(1)的预留孔洞(12)和竹面板(2)的圆形开孔(21)。
4.根据权利要求1所述的一种原竹-混凝土组合桥梁，其特征在于所述的管状毛竹切段(41)替换为管状复合材料切段。
5.根据权利要求1所述的一种原竹-混凝土组合桥梁，其特征在于所述的填充料(42)为普通砂浆、混凝土或有机树脂胶中的一种，竹面板(2)采用原竹片、竹材胶合板加工制作，现浇混凝土层(3)采用普通混凝土。
6.如权利要求1所述的一种原竹-混凝土组合桥梁的制造方法，其特征在于预先对原竹纵梁(1)、竹面板(2)进行开孔加工，以由管状毛竹切段(41)和填充料(42)组成的竹筒连接键(4)为连接中介，平行布置原竹纵梁(1)，安放竹面板(2)，浇筑现浇混凝土层(3)形成为一种原竹-混凝土组合桥梁，其步骤如下：
A.加工原竹纵梁：挑选直径与长度相接近的内含天然竹节(11)的天然原竹制作原竹纵梁(1)，在原竹纵梁(1)的上部沿长度方向间隔开设若干预留孔洞(12)，预留孔洞(12)开设于两两天然竹节(11)之间，直径与管状毛竹切段(41)外径相一致；
B.加工竹面板：采用竹材胶合板加工制作竹面板(2)，竹面板(2)的上表面设有凸起或凹进构造，在竹面板(2)与原竹纵梁(1)的预留孔洞(12)对应位置处开设圆形开孔(21)，直径与管状毛竹切段(41)外径相一致；
C.制作管状毛竹切段：将选取的天然原竹按照设计长度截断，制作成若干管状毛竹切段(41)；
D.布排原竹纵梁：将两根以上内含天然竹节(11)的原竹纵梁(1)等长平行设置，原竹纵梁(1)的纵向沿着桥梁的纵向，相邻两根原竹纵梁(1)的净间距大于零或为零；
E.制作竹筒连接键：将各个管状毛竹切段(41)垂直贯穿于原竹纵梁(1)的预留孔洞(12)和竹面板(2)的圆形开孔(21)并临时固定，管状毛竹切段(41)的上、下部分别伸入现浇混凝土层(3)和原竹纵梁(1)的内腔内不小于30mm，采用灌注法将管状毛竹切段(41)的管内及预留孔洞(12)所在节段的原竹纵梁(1)内腔填满填充料(42)；
F.安放竹面板：待填充料(42)固结后，以原竹纵梁(1)为支架，安放竹面板(2)，将竹筒连接键(4)的管状毛竹切段(41)的上端穿过竹面板(2)的圆形开孔(21)，竹面板(2)的竹纤维方向与原竹纵梁(1)的纵向垂直；
G.浇筑现浇混凝土层：在原竹纵梁(1)和竹面板(2)之上，浇筑现浇混凝土层(3)，形成为一种原竹-混凝土组合桥梁。
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