CN108412123A - 一种frp-钢筋-竹集成材组合箱梁 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种FRP‑钢筋‑竹集成材组合箱梁，包括上翼缘(1)、下翼缘(2)、边腹板(3)、中腹板(4)、钢筋(5)和FRP(6)。其中，边腹板(3)位于上翼缘(1)和下翼缘(2)两侧，承担剪应力；中腹板(4)与上翼缘(1)、下翼缘(2)通过榫接后以胶粘剂粘结，承担剪应力；上翼缘(1)位于箱梁上部，承担压应力；下翼缘(2)位于箱梁下部，承担拉应力；钢筋(5)被包裹于下翼缘(2)内，FRP(6)通过粘贴于下翼缘(2)底部，钢筋(5)和FRP(6)承担拉应力。防腐涂料喷涂于箱梁表面，承担防潮防腐的功能。本发明解决了原竹梁承载力低、刚度小和选材困难的难题，可应用于竹结构建筑中的受弯构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁构件，尤其是一种竹材与其它材料的复合梁 构件，属于土木建筑结构领域。
背景技术
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。我国拥有极其丰富的竹材资源，与木材相比，竹子具有强度高、生长快、加工简便及 韧性好等优点，可取代普通阔叶木材和针叶材，是一种有着广泛应用前景的可再生原料，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。
原竹结构建筑具有抗震性能好以及对环境的负荷小的特点，在我国西部地区有着广泛的 应用。原竹梁是竹结构建筑中最常用的基本构件之一，在原竹梁的使用过程中发现，存在以 下问题：(1)破坏前无明显征兆，表现出典型的脆性破坏特征；(2)原竹抗拉强度较低，尤 其是横纹方向受力十分不利，使得原竹梁的承载能力偏低；(3)原竹弹性模量低，变形能力 差；(4)材料离散性较大，材质不均匀；(5)原竹存在直径小、尖削度大、壁薄中空、易遭 虫蛀以及严重的各向异性等缺陷。更为重要的是，直接暴露在室外未经防腐处理的竹材极易 遭虫蛀、腐朽和霉变，严重缩短了其使用寿命。因此，有必要将原竹改性加工成胶合竹规格 材，消除原材料的缺陷并改善其力学性能。
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。 相比原竹梁而言，FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁拥有更高的承载能力、更好的变形性能以及良 好的保温隔音性能，能有效拓宽原竹开发利用的领域，提高竹资源的利用率，对广大竹产区 经济发展、竹产业结构调整和竹农增收致富有着巨大的作用。
发明内容
本发明所要解决的目的旨在克服现有原竹梁承载能力低、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FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁， 用以取代原竹梁，可作为楼面梁和屋面梁应用于竹结构建筑以及竹木组合结构中。
在本发明提供了一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，由上翼缘、下翼缘、边腹板、中腹 板、钢筋和FRP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，边腹板位于箱梁的两侧，中腹板位于箱梁的中部，边腹板和中腹板共同承担剪 应力；边腹板通过胶粘剂和钉子和上、下翼缘相连，中腹板与上、下翼缘榫接后用胶粘剂加 强连接；钢筋包裹于下翼缘内，并具有一定厚度的保护层，FRP粘贴于下翼缘的底部，钢筋 和FRP共同承担拉应力。
本发明中，上翼缘、下翼缘均采用竹集成材，所述上、下翼缘4个角部也相应的倾斜并 进行圆角处理，回转半径为5mm～10mm。
本发明中，所述边腹板和中腹板采用竹帘胶合板或竹席竹帘胶合板，边腹板的高度低于 梁高20mm。中腹板的高度低于梁高的50mm。
本发明中，所述的钢筋采用螺纹钢，可为螺旋形、人字形或月牙形。将钢筋置于竹丝束 的相应位置后，浸胶组坯压制。为提高钢筋和下翼缘的粘结锚固性能，钢筋的长度比下翼缘 长40mm～80mm，外伸部分的钢筋做弯钩处理。
本发明中，所述的FRP可为CFRP、GFRP或AFPR，可为单层或多层。在竹质箱梁制作完成后，FRP加压粘贴于梁底。
本发明中，所述的防水涂料涂刷于箱梁表面，涂刷次数不少于2遍，以提高箱梁的防潮 防腐等耐久性能。
本发明的FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁具有以下优点：
(1)FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁截面，极大的提高了梁的截面惯性矩，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)竹集成材上翼缘配置于箱梁的受压区，可充分发挥竹集成材较高抗压强度的特性， 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)竹材胶合板(竹帘胶合板或竹席竹帘胶合板)作为腹板配置于梁中部和两侧，可充 分发挥竹材胶合板较高抗剪强度的特点，提高箱梁的抗剪承载力；
(4)钢筋被包裹于下翼缘内，FRP粘贴于下翼缘底部，可充分发挥钢筋和FRP较高的抗拉强度，提高梁构件的刚度；
(5)相对于砌体结构和钢筋混凝土结构，FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁生产与加工过程 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。
(6)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2是本发明实施例一的上、下翼缘示意图；
图中：1.上翼缘、2.下翼缘、3.边腹板、4.中腹板、5.钢筋和6.FRP
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FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁构件，由上翼缘、 下翼缘、边腹板、中腹板、钢筋和FRP分组成，共同压制而成。胶粘剂预先涂刷于上翼缘、 下翼缘和边腹板的侧面，以保证上、下翼缘板和腹板的粘结力。中腹板嵌入上、下翼缘的卡 槽内，胶粘剂预先涂刷于边腹板侧面和卡槽内。箱梁压制完成后，在其表面涂刷防水涂料， 次数不少于2遍。
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、 组坏涂胶等工艺加工而成，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。
本发明中，腹板榫头与上、下翼缘的榫槽之间用胶粘剂连接后的剪切强度不宜低于3MPa， 为了增加连接强度，梯形卡槽上宽下窄，卡槽尺寸比腹板榫头小1.0mm～1.5mm左右。胶粘剂 预先涂刷于上翼缘、下翼缘卡槽内和腹板的侧面，以保证上、下翼缘板和腹板的粘结力。
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，中腹板的位置由梁高和槽深进行控制，上翼缘、下翼缘和边腹板界面 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：选取竹帘胶合板作为边腹板和中腹板，竹集成材作为上、下翼缘。边腹板和 中腹板的规格分别为12mm×330mm和12mm×300mm；上、下翼缘的高×宽为40mm×80mm，卡槽宽11mm，深度为15mm；螺纹钢筋为FRP采用两层CFRP。成品箱梁的 高度为350mm高，长度为4800mm。
Claims (10)
1.一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，它主要包括上翼缘(1)、下翼缘(2)、边腹板(3)、中腹板(4)、钢筋(5)和FRP(6)组成，其特征在于边腹板(3)位于上翼缘(1)和下翼缘(2)的侧面，承担剪应力，边腹板(3)通过胶粘剂与上翼缘(1)和下翼缘连接；中腹板(4)位于上翼缘(1)和下翼缘(2)的中部，承担剪应力，中腹板(4)通过胶粘剂与上翼缘(1)和下翼缘(2)连接；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；钢筋(5)位于下翼缘(2)内，FRP(6)通过胶粘剂粘贴于下翼缘(2)底部，钢筋(5)和FRP(6)承担拉应力。
2.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，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，可为侧压竹集成材或平压竹集成材。
3.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的边腹板(3)和中腹板(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质胶合板，可为竹帘胶合板或竹席竹帘胶合板。
4.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的边腹板(3)位于箱梁两侧，边腹板(3)侧面与上翼缘(1)和下翼缘(2)通过胶粘剂连接。边腹板(3)的顶面低于上翼缘(1)顶面5mm，边腹板(3)的底面距离下翼缘(2)底面5mm。
5.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的中腹板(4)位于箱梁中部，中腹板(4)与上翼缘(1)和下翼缘(2)通过榫接和胶粘剂共同连接。
6.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的钢筋(5)可为螺纹钢、光圆钢或冷拔钢。
7.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的钢筋(5)为下翼缘(2)所包裹，呈左右对称布置，钢筋(5)在下翼缘(2)压制前置入竹板坯相应位置，二者通过胶粘剂热压形成整体。
8.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的FRP(6)位于下翼缘(2)的底部，FRP(6)可以是碳纤维(CFRP)、玻纤维(GFRP)或芳纶纤维(AFRP)，可为单层或多层，通过胶粘剂与下翼缘(2)粘接。
9.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的胶粘剂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。
10.根据权利要求1所述的一种FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁，其特征在于所述的FRP-钢筋-竹集成材组合箱梁表面喷涂防腐剂，可采用油类涂料、油溶性涂料或水溶性涂料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180817 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |