CN108331253A - 一种竹质胶合箱型梁 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种竹质胶合箱型梁，它主要包括上翼缘(1)、下翼缘(2)、腹板(3)、加劲肋(4)、胶粘剂(5)、钉子(6)和防水涂料(7)，共同组成竹质胶合箱型梁；其中，腹板(3)位于上翼缘(1)和下翼缘(2)的侧面，承担剪应力，上翼缘位于箱梁的顶面，承担压应力，下翼缘位于箱梁的底面，承担拉应力，腹板(3)、上翼缘(1)和下翼缘(2)通过胶粘剂连接。加劲肋(4)设置于箱梁端，与下翼缘(2)顶紧，并和腹板(3)紧密贴合，通过钉子(6)连接，承担改善梁端的腹板(3)抵抗局部失稳能力。防水涂料(7)涂刷于箱梁表面，承担防潮防腐的功能。本发明充分利用6种材料的特点，大幅提高了梁构件的截面惯性矩，具有轻质高强、刚度大、耐久性好和延性性能好等特点，可替代传统原竹梁、重竹梁和木梁应用于木结构、竹结构和组合结构领域中的受弯构件。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑结构领域，具体涉及一种现代竹结构房屋、木结构房屋和竹木结构房屋使用的竹质胶合箱型梁构件。
背景技术
我国的环境污染问题非常突出，随着公众环保意识的增强，绿色、生态、低碳的新型建筑材料必将是土木工程科技发展的一个趋势。砌体结构和钢筋混凝土结构使用了大量的粘土粘、钢材和水泥等传统建材，消耗了大量的能源和不可再生资源，释放出大量的温室气体和有毒气体，同时产生大量的废水、废弃和废渣。建筑业的发展在很大程度上是以能源、资源的过度消耗和环境污染为代价实现的。同时，砌体结构和钢筋混凝土结构自重大、易开裂，拆除后会产生大量的建筑垃圾。为了减少对粘土粘、钢材和水泥的依赖，节能环保、可再生的绿色建材日益受到人们的青睐。
竹结构建筑具有抗震性能好以及对环境的负荷小的特点，其应用范围得到不断拓展。原竹梁和重竹梁是竹结构建筑中最常用的基本构件之一，在其使用过程中发现，存在以下问题：(1)原竹梁和重竹梁破坏前无明显征兆，表现出典型的脆性破坏特征；(2)重竹的弹性模量不高，竹梁作为受弯构件设计时往往由截面的刚度控制设计，而按强度设计时的竹梁承载能力是按刚度设计时的3～5倍，造成了材料的极大浪费，经济性差；(3)原竹和重竹的横向抗剪强度不高，材料离散性较大，材质不均匀；(4)受现有加工工艺的限制，重竹的最大长度不超过2m，造成重竹梁的使用严重受限；(5)原竹横向受力较差，易开裂，耐久性差。更为重要的是，我国拥有极其丰富的竹材资源，竹子具有强度高、生长快及韧性好等优点，可取代普通阔叶木材和针叶材，有着广泛的应用前景。将竹材作为主要建材应用于工程领域利国利民，实现“以竹代木”有利于降低对钢材、水泥和粘土砖等传统建筑材料的依赖，同时也符合《中国制造2025》所确定的开发利用农林生物质资源的主题。
如何改善和提高竹梁的变形能力和力学性能是其在竹结构建筑应用中所面临的难题，竹集成材是将速生、短周期的毛竹加工成一定规格的竹片，干燥至含水率8％～12％，再通过胶粘剂将同方向竹片胶合成矩形截面的规格材，具有弹性模量高、力学强度高、易加工的特点。相比矩形截面竹梁而言，竹质胶合箱型梁拥有更高的承载能力、更好的变形性能以及良好的延性性能，是有效解决制约生态环保型竹结构建筑发展的一个重要途径，市场应用前景十分广阔。
发明内容
本发明所要解决的目的旨在克服现有原竹梁和重竹梁承载能力低、延性差和变形性能差等缺点，提供一种力学性能好、成本低廉、结构简单以及节能环保型的竹质胶合箱型梁，用以取代原竹梁和重竹梁，可作为楼面梁和屋面梁应用于木结构建筑、竹结构建筑以及竹木组合结构中。
在本发明中，竹质胶合箱型梁由上翼缘、下翼缘、腹板、加劲肋、胶粘剂、钉子和防水涂料共同组成。其中：上翼缘位于箱梁顶部，承担压应力；下翼缘位于箱梁底部，承担拉应力，腹板位于箱梁的两侧，主要承担剪应力；腹板通过胶粘剂和钉子和上、下翼缘相连。
本发明的解决方案：其包括上翼缘、腹板、钉子、胶粘剂、下翼缘和加劲肋。所述箱字梁由两块腹板对称布置于翼缘的两侧，腹板与翼缘通过胶粘剂和钉子连接。在梁两端部设置加劲肋，加劲肋与下翼缘顶紧，加劲肋与两块腹板之间通过胶粘剂连接和钉子相连。
本发明的基本原理如下：腹板布置于箱梁侧面，其高度略低于箱梁高度，主要承担箱梁所承担的剪切力；上翼缘置于箱梁顶部，主要承担弯矩所产生的压力；下翼缘置于箱梁底部，抵抗弯矩所产生的拉力；加劲肋置于箱梁端部，提高腹板的局部失稳能力。竹材具有较高的强重比、较好的弹性和韧性，腹板具有较高的抗剪切能力、低廉的成本，通过胶粘剂将5种材料有机结合，充分发挥各自的优点，拓宽了竹质胶合箱型梁在工业建筑和民用建筑中的应用范围。
所述的竹质胶合箱型梁，腹板位于翼缘两侧，通过胶结与上翼缘和下翼缘压制形成整体。
所述的加劲肋位于箱梁端部，底面顶紧下翼缘，加劲肋顶面与上翼缘底面不接触，间隔10mm，加劲肋通过胶粘剂与腹板连接。
所述的防水涂料涂刷于箱梁表面，以提高箱梁的防潮防腐等耐久性能。
本发明中，腹板相对于上、下翼缘板面倾斜，所述上、下翼缘4个角部也相应的倾斜并进行圆角处理。
本发明中，上翼缘、下翼缘均采用竹集成材，所述腹板采用竹胶板，所述加劲肋采用竹胶板。
本发明中，两侧腹板与上、下翼缘之间用结构胶连接，同时用钉子加强。
本发明中，梁端的两块加劲肋分别与腹板之间用钉子连接，钉子数量为4个。
本发明克服了原竹梁和重竹梁的一些公知的缺点，竹质胶合箱型梁具有以下显著的效果：
(1)竹质胶合箱型梁截面，极大的提高了竹梁的截面惯性矩，从而可以有效提高梁构件的刚度，彻底改变梁构件刚度较差的不利局面；
(2)竹集成材配置于箱梁的受拉区和受压区，可充分发挥竹集成材较高的抗拉强度和抗压强度，并且大幅改善梁构件力学性能离散性和脆性破坏模式，降低材料缺陷对梁构件承载力的影响；
(3)竹胶板腹板的原料为3～5年生的大径毛竹，经工业化加工而成的结构板材，配置在箱梁两侧，可充分发挥竹胶板较高的抗剪承载力，低廉的成本可减少箱梁的造价；
(4)相对于砌体结构和钢筋混凝土结构，竹质胶合箱型梁生产与加工过程环境污染小，降低了不可再生资源的使用量，减少了使用过程中的能源消耗量；相对于木结构，承载能力更大，跨越能力更强，延性和自恢复能力更好；相对于竹结构，延性更好，造价更低廉，自重更轻。
(5)竹子是一种可再生资源，生长周期比木材短，更加的节能环保。
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是本发明实施的结构示意图
图中：1.上翼缘，2.下翼缘，3.腹板，4.加劲肋，5.胶粘剂，6.钉子，7.防水涂料
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所示，本发明提供一种竹质胶合箱型梁构件，由上翼缘、下翼缘、加劲肋、腹板、胶粘剂、钉子和防水涂料7部分组成，共同压制成竹质箱梁。在该构件中，胶粘剂预先涂刷于上翼缘、下翼缘和腹板的侧面，以保证上、下翼缘板和腹板的粘结力。加劲肋配置于箱梁两端，胶粘剂预先涂刷于加劲肋的侧面，在压制过程中起到胶结的作用。加劲肋的底面与下翼缘顶紧，加劲肋的上顶面距离上翼缘的底面距离为1cm，相当于钢工字钢构件中的加劲肋，从而大幅改善腹板局部的抵抗失稳能力。箱梁压制完成后，在其表面涂刷防水涂料，次数不少于2遍。
图1是利用加劲肋对梁端部的腹板进行增强的箱梁，加劲肋的底面与下翼缘顶紧，利用加劲肋的顶面略低于上翼缘以提高竹胶腹板的抗剪切承载能力。
如上所述的一种竹质箱梁构件中，上、下翼缘板应选用3～5年生的大径毛竹为原材料，经锯切、蒸煮、炭化、干燥、选片、组坯涂胶等工艺加工而成的竹集成材，翼缘板的含水率宜控制在15％以下。腹板主要以3～5年生的大径毛竹为原材料，经锯切、蒸煮、炭化、干燥、施胶、定向铺装和热压而成的一种结构板材，竹帘的厚度为1mm，含水率宜控制在12％以下，宜选用竹帘胶合板。加劲肋选用的板材同腹板，含水率宜控制在12％以下。所述的胶粘剂为交联型粘合剂，可采用环氧树脂胶、脲醛树脂胶或酚醛树脂胶。
对于箱梁截面构件，压制时，应根据压制目标的承载能力和刚度选择上翼缘、下翼缘、腹板和加劲肋的尺寸，加劲肋的位置由腹板的高度进行控制，上翼缘、下翼缘、加劲肋和腹板界面间的胶粘剂压制温度取15～35℃，压力取1.5～3MPa，压制完成后按规定涂刷2遍防水剂，再置入恒温恒湿室内进行养护，养护时间为10～15天。
实施例1：取9mm厚、230mm高的竹胶板作为腹板，取40mm高、60mm宽的竹集成材作为翼缘，取90mm宽、15mm厚、150mm高的竹胶板作为加劲肋，腹板和上翼缘、腹板和下翼缘的钉间距为200mm，腹板与翼缘之间用胶粘剂粘接并用钉子加强，腹板与加劲肋之间用钉子连接。成品箱梁的高度为240mm高，长度为2440mm。
实施例2：取12mm厚、290mm高的竹胶板作为腹板，取40mm高、80mm宽的竹集成材作为翼缘，取90mm宽、15mm厚、210mm高的竹胶板作为加劲肋，腹板和上翼缘、腹板和下翼缘的钉间距为150mm，腹板与翼缘之间用胶粘剂粘接并用钉子加强，腹板与加劲肋之间用钉子连接。成品箱梁的高度为300mm高，长度为3660mm。
实施例3：取15mm厚、340mm高的竹胶板作为腹板，取60mm高、120mm宽的竹集成材作为翼缘，取90mm宽、15mm厚、220mm高的竹胶板作为加劲肋，腹板和上翼缘、腹板和下翼缘的钉间距为100mm，腹板与翼缘之间用胶粘剂粘接并用钉子加强，腹板与加劲肋之间用钉子连接。成品箱梁的高度为350mm高，长度为4880mm。
实施例4：取25mm厚、400mm高的竹胶板作为腹板，取80mm高、180mm宽的竹集成材作为翼缘，取90mm宽、15mm厚、230mm高的竹胶板作为加劲肋，腹板和上翼缘、腹板和下翼缘的钉间距为100mm，腹板与翼缘之间用胶粘剂粘接并用钉子加强，腹板与加劲肋之间用钉子连接。成品箱梁的高度为350mm高，长度为6100mm。
Claims (9)
1.一种竹质胶合箱型梁，它主要包括上翼缘(1)、下翼缘(2)、腹板(3)、加劲肋(4)、胶粘剂(5)、钉子(6)和防水涂料(7)组成，其特征在于腹板(3)位于上翼缘(1)和下翼缘(2)的侧面，承担剪应力，上翼缘(1)位于箱梁的上部，承担压应力，下翼缘(2)位于箱梁的下部，承担拉应力，加劲肋(4)设置于梁端，与下翼缘(2)顶紧，并和腹板(3)紧密贴合，承担改善梁端的腹板(3)抵抗局部失稳能力。防水涂料(7)涂刷于箱梁表面，承担防潮防腐的功能。
2.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的上翼缘(1)和下翼缘(2)应选用3～5年生的大径毛竹作为原材料，经工业化加工而成的竹集成材，含水率控制在12％以下。
3.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的腹板(3)位于上翼缘(1)、下翼缘(2)的两侧，呈左右对称布置，通过胶粘剂(5)和钉子(6)连接。腹板(3)的顶面低于上翼缘(1)顶面5mm，腹板(3)的底面距离下翼缘(2)底面5mm，腹板应选用3～5年生的大径毛竹作为原材料，切削成厚度为1mm的薄竹帘，经工业化加工而成的竹帘胶合板，含水率不超过12％。
4.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的加劲肋(4)应选用3～5年生的大径毛竹作为原材料，切削成厚度为1mm的薄竹帘，经工业化加工而成的竹帘胶合板，含水率不超过12％。
5.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的加劲肋(4)与下翼缘(2)紧密贴合，加劲肋(4)顶面与上翼缘底面之间的距离为10mm。
6.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的加劲肋(4)呈左右对称布置，梁端分别设置两块，并分别与腹板(3)通过钉子(6)相连。
7.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的胶粘剂(5)应选用交联型粘合剂，可采用环氧树脂胶、脲醛树脂胶或酚醛树脂胶。
8.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的钉子(6)表面应进行镀锌处理，可采用圆钉或麻花钉。
9.根据权利要求1所述的一种竹质胶合箱型梁，其特征在于所述的竹质胶合箱型梁表面喷涂防水涂料(7)，可采用油类涂料、油溶性涂料或水溶性涂料。
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