CN208455942U - 一种轻质混凝土-竹集成材t型梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轻质混凝土‑竹集成材T型梁，包括混凝土(1)、上翼缘(2)、下翼缘(3)、边腹板(4)、中腹板(5)、钢筋(6)、FRP(7)和剪力键(8)组成，其特征在于混凝土(1)位于T型梁顶部，边腹板(4)和中腹板(5)位于上翼缘(2)和下翼缘(3)中部，上翼缘(2)位于箱梁的上部，下翼缘(3)位于箱梁下部，钢筋(6)位于下翼缘(3)内，FRP(7)粘贴于下翼缘(3)底部，混凝土(1)和上翼缘(2)通过剪力键(8)连接。本实用新型具有质量轻、承载能力高和刚度大的特点，可应用于土木建筑领域中的受弯构件。

Description

一种轻质混凝土-竹集成材T型梁

技术领域

本实用新型涉及一种轻质混凝土-竹集成材T型梁构件，尤其是一种竹材与其它材料的T 型梁构件，属于土木建筑结构领域。

背景技术

为了减少对粘土粘、钢材和水泥等高耗能、高污染建材的依赖，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，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。将竹材作为主要建材应用于工程领域利国利民，“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。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。采用原竹建造房屋，在南美的哥伦比亚、东南亚的印度和中国等国有着十分悠久的历史。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)竹子离散性较大，材质不均匀；(4)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，增加了原竹材选用的难度，无法形成规模化生产；(5)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工程竹型材，消除原材料的缺陷并改善其力学性能。

如何改善和提高木梁的变形能力和力学性能是其在木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，轻质混凝土-竹集成材T型梁拥有更高的承载能力、更好的变形性能、更好的耐火性能以及良好的隔音性能，市场应用前景十分广阔。

发明内容

本实用新型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轻质混凝土-竹集成材T型梁，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。

在本实用新型中，轻质混凝土-竹集成材T型梁由混凝土、上翼缘、下翼缘、边腹板、中腹板、钢筋、FRP和剪力键共同组成。其中：混凝土位于T型梁的顶部，承担压应力；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；腹板通过胶粘剂和上、下翼缘相连；上翼缘与混凝土通过金属剪力键连接。

本实用新型的解决方案：其包括混凝土、上翼缘、下翼缘、边腹板、中腹板、钢筋、FRP 和剪力键。所述箱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连接，所述上翼缘与混凝土通过金属剪力键连接。

本实用新型的基本原理如下：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；混凝土位于T型梁的顶部，承担压力；剪力键将竹箱型梁和混凝土连接为一个整体，剪力键可为栓钉、木螺钉或螺栓等其他销类连接件。混凝土具有较高的抗压承载能力，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，通过剪力键和胶粘剂将这些材料有机结合，充分发挥各自的优点，拓宽了轻质混凝土-竹集成材T型梁在工业建筑和民用建筑中的应用范围。

所述的轻质混凝土-竹集成材T型梁，剪力键置于混凝土和竹箱型梁中间，沿梁长方向均匀布置，可以是栓钉、木螺钉或螺栓，剪力键在浇筑混凝土前先钉入竹箱型梁的上翼缘内。

所述的轻质混凝土-竹集成材T型梁，所述的混凝土采用轻质粗骨料制成，可为天然轻骨料(如浮石、凝灰岩、珍珠岩等)、人造轻骨料(如页岩陶粒、粘土陶粒等)或工业废料轻骨料(如炉渣、自然煤矸石、粉煤灰陶粒等)。

所述的轻质混凝土-竹集成材T型梁，边腹板位于翼缘两侧，通过胶结与上翼缘和下翼缘压制形成整体。边腹板的顶面低于上翼缘顶面5mm，边腹板的底面距离下翼缘底面5mm。

所述的上翼缘，下翼缘和边腹板的界面应进行凿毛处理，凿深度为1～2mm，凿痕约为 20mm，切割率不低于80％。

所述的中腹板榫头与上翼缘、下翼缘的榫槽之间用胶粘剂连接，卡槽宽度比中腹板榫头小1.0mm～1.5mm左右。

本实用新型中，边腹板相对于上、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。

本实用新型中，上翼缘、下翼缘均采用竹集成材，所述腹板采用竹胶合板，含水率不大于12％。

本实用新型中，两侧腹板与上、下翼缘之间用结构胶连接，压制温度取15～35℃，压力取1.5～3MPa。

本实用新型中，混凝土与上翼缘通过剪力键连接，呈左右对称布置。

本实用新型克服了原竹梁的一些公知的缺点，轻质混凝土-竹集成材T型梁具有以下显著的效果：

(1)轻质混凝土-竹集成材T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)利用FRP抗拉强度高的特性，将其粘贴在箱梁底部，使之与箱梁共同承受荷载，提高梁构件的刚度，从而改善梁构件变形能力。

(4)混凝土置于T型组合梁的顶部，可充分发挥轻骨料混凝土抗压承载力高的特点，低廉的成本亦可减少T型梁的造价，轻骨料混凝土可有效阻隔声音在梁内的传递，从而大幅提高梁构件的隔音能力；

(5)轻质混凝土-竹集成材T型梁大量采用炉渣、矿渣骨料制成的混凝土，环保节能，变废为宝，生产工艺简单，实现了资源的再利用。采用轻骨料商品混凝土可降低梁构件的自重，减少劳动强度，减少材料运输量，节省钢筋量，降低工程造价。

(6)相对于砌体结构和钢筋混凝土结构，轻质混凝土-竹集成材T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，耐火性能更好。

(7)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实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1是本实用新型实施的结构示意图

图中：1.混凝土、2.上翼缘、3.下翼缘、4.边腹板、5.中腹板、6.钢筋、7.FRP和8.剪力键图2是本实用新型实施的上翼缘和下翼缘的开槽示意图

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。如图1所示，本实用新型提供一种保温竹木复合箱梁构件，由混凝土 1、上翼缘2、下翼缘3、边腹板4、中腹板5、钢筋6、FRP 7和剪力键8组成，共同压制成轻质混凝土-竹集成材T型梁。在该构件中，混凝土1置于T型梁的顶部，以保证T梁的隔音效果和承载能力。胶粘剂预先涂刷于上翼缘2、下翼缘3的侧面和槽内、中腹板5的顶面和底面、边腹板4的侧面。剪力键8置于上翼缘2和混凝土1的中部，剪力键8预先钉入上翼缘2的顶面后再浇筑轻骨料混凝土，在混凝土1和箱梁之间起到传递剪力的作用。剪力键 8的边距和列距不小于20mm，端距和行距不小于70mm。箱梁压制完成后，在其表面涂刷防水涂料，次数不少于2遍。

如上所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁构件中，上翼缘2和下翼缘3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，含水率宜控制在12％以下。

边腹板4和中腹板5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。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。

本实用新型中，边腹板4位于上翼缘2和下翼缘3两侧，呈左右对称布置，通过胶粘剂压制形成整体。边腹板4的顶面低于上翼缘2顶面5mm，边腹板4的底面距离下翼缘3底面5mm。

本实用新型中，中腹板5榫头与上翼缘2、下翼缘3的榫槽之间用胶粘剂连接后的剪切强度不宜低于3MPa，卡槽宽度比腹板榫头小1.0mm～1.5mm左右。

本实用新型中，上翼缘(2)，下翼缘(3)和边腹板(4)的界面应进行凿毛处理，凿深度为1～2mm，凿痕约为20mm，切割率不低于80％。

本实用新型中，混凝土(1)与上翼缘(2)通过剪力键(8)连接，呈左右对称布置，剪力键(8)采用预钻孔的方式植入上翼缘(2)，钻孔直径约为剪力键(8)直径的0.8倍，钻孔深度约为剪力键(8)的长度。

应根据压制目标的承载能力和刚度选择上翼缘2、下翼缘3、边腹板4、中腹板5、钢筋 6、FRP 7和剪力键8的尺寸，构件压制温度取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。

对于轻质混凝土-竹集成材T型梁构件，应根据配合比制作轻骨料混凝土，采用标准养护，养护时间要持续21d～28d。

实施例1：混凝土1厚度为100mm，强度等级为C40，取40mm高、80mm宽的竹集成材作为上翼缘2和下翼缘3，取12mm厚、290mm高的竹胶板作为边腹板4，取12mm厚、 180mm高的竹胶板作为中腹板5，腹板与翼缘之间用酚醛树脂胶粘剂粘接，钢筋6采用直径为6.5mm的冷拔低碳钢丝，FRP 7采用型号为300g的单层碳纤维布，剪力键8的直径为6mm，间距为100mm，植入深度为20mm。成品箱梁的高度为300mm高，长度为3660mm。

Claims (8)

1.一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，它主要包括混凝土(1)、上翼缘(2)、下翼缘(3)、边腹板(4)、中腹板(5)、钢筋(6)、FRP(7)和剪力键(8)组成，其特征在于混凝土(1)位于T型梁的顶部，边腹板(4)位于T型梁的侧面，边腹板(4)通过胶粘剂与上翼缘(2)和下翼缘(3)连接，中腹板(5)位于T型梁的中部，中腹板(5)通过胶粘剂与上翼缘(2)和下翼缘(3)连接，上翼缘(2)位于箱梁的上部，下翼缘(3)位于箱梁的下部，钢筋(6)位于下翼缘(3)内，FRP(7)通过胶粘剂粘贴于下翼缘(3)底部，混凝土(1)和竹箱梁通过剪力键(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的边腹板(4)位于箱梁两侧，边腹板(4)侧面与上翼缘(2)和下翼缘(3)通过胶粘剂连接，边腹板(4)的顶面低于上翼缘(2)顶面5mm，边腹板(4)的底面距离下翼缘(3)底面5mm。

3.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的中腹板(5)位于箱梁中部，中腹板(5)与上翼缘(2)和下翼缘(3)通过榫接和胶粘剂共同连接。

4.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的钢筋(6)为下翼缘(3)所包裹，呈左右对称布置，钢筋(6)在下翼缘(3)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。

5.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的FRP(7)位于下翼缘(3)的底部，FRP(7)采用碳纤维(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(3)粘接。

6.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的中腹板(5)榫头与上翼缘(2)和下翼缘(3)的榫槽之间用胶粘剂连接后的剪切强度不宜低于3MPa，卡槽宽度比腹板榫头小1.0mm～1.5mm左右。

7.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的上翼缘(2)，下翼缘(3)和边腹板(4)的界面应进行凿毛处理，凿深度为1～2mm，凿痕约为20mm，切割率不低于80％。

8.根据权利要求1所述的一种轻质混凝土-竹集成材T型梁，其特征在于所述的混凝土(1)与上翼缘(2)通过剪力键(8)连接，呈左右对称布置。