CN215368244U - 一种碳纤维筋增强空心梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种碳纤维筋增强空心梁，该空心梁包括具有空腔结构的铝合金空心梁主体（1）和设置在空腔结构内的碳纤维筋，所述的空心梁主体的空腔内分隔有至少一个沿空心梁主体长度方向贯通的用于安装碳纤维筋的固定腔，至少一个所述的碳纤维筋配合安装在所述的固定腔中。本发明使用碳纤维筋作为加强材料对以铝合金为基材的空心梁进行加固处理，解决了铝合金在作为梁使用时抗弯刚度不足的问题，使铝合金空心梁能够在跨度更大的范围使用。同时，本实用新型还可在空心梁外共挤包覆一层木塑层，使梁具有天然木材的观感，并改善梁的外表性能。

Description

一种碳纤维筋增强空心梁

技术领域

本实用新型涉及一种碳纤维筋增强空心梁，属于建筑承重构件技术领域。

背景技术

梁是建筑结构中常用的承重构件。在框架结构中，梁把各个方向的柱连接成整体；在墙结构中，洞口上方的连梁，将两个墙肢连接起来，使之共同工作。作为抗震设计的重要构件，起着第一道防线的作用。在框架-剪力墙结构中，梁既有框架结构中的作用，同时也有剪力墙结构中的作用。

现有的梁通常包括两种，一种是木梁，另一种是钢梁。对于前者，由于木梁随着时间推移容易出现腐化、受虫蚁灾害等问题而影响其本身强度，且木梁易遭受火灾，因此使用寿命会随着环境因素的变化而出现较大的偏差。钢梁因为其金属特性，不容易受自然因素的影响，且钢梁结构强度高，抗冲击性强，在物理强度方面具有优点，然而钢梁因为材质密度较高，导致其本身重量较大，在结构设计方面需要进行额外考虑，施工过程也较为麻烦。相较于钢，铝作为一种轻质金属具有密度小的优点，因此在作为梁的材料使用时，具有更小的自重，施工方便。然而在现实情况中，铝以及铝合金的物理强度相较于钢具有明显劣势，尤其是在面对较大跨度需求时往往会出现物理强度不足的问题。

实用新型内容

为了解决铝材作为梁使用时其物理强度不足的问题，本发明提供了一种碳纤维筋增强空心梁，该空心梁的内部增设有碳纤维筋来提高梁的整体强度，使梁的跨度提升，使用范围扩大。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种碳纤维筋增强空心梁，包括具有空腔结构的铝合金空心梁主体和设置在空腔结构内的碳纤维筋，所述的空心梁主体的空腔内分隔有若干个沿空心梁长度方向贯通的用于安装碳纤维筋的固定腔，所述的碳纤维筋配合安装在所述的固定腔中。空心梁主体的尺寸大小和碳纤维筋的使用数量及直径可以通过实际需要进行调整。

碳纤维筋是采用拉挤工艺将碳纤维与树脂结合制成的形似钢筋的新型高性能复合材料，具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优点，其抗拉强度为3000~3500MPa，是钢筋的9~11倍，而密度仅为钢筋的四分之一左右，具有很高的物理强度，通过将其设置在铝合金空心梁主体的内部并与空心梁固定可以大大提升铝合金的抗弯刚度，使本实用新型能在更大的跨度下使用，应用范围大大拓宽。

进一步地，构成所述的固定腔的至少一个壁面为所述的空心梁主体的内壁。由于空心梁通常设置成矩形结构，因此其内壁具有上下左右四个壁面，下文中对内壁的限定是基于实际使用时某个壁面在空间上所处的位置，如在垂直方向上相对靠近下方的面为下内壁。

进一步地，构成所述的固定腔的其中一个壁面为所述的空心梁主体的下内壁。

上述进一步将碳纤维筋的设置部位选择为与空心梁主体内壁相贴合的部位，优选地选择与空心梁主体的下内壁相贴合的部位，来进一步发挥碳纤维筋的增强效果。首先从梁的抗弯受力分析，假设有一根矩形横截面的理想横梁，其本身重量可以忽略不计，两端受到大小相等但方向相反的力矩的作用。由于力矩的作用，梁就会发生弯曲形变。在弯曲后，靠近上缘各层，发生压缩形变，越接近上缘，压缩越厉害。相反，靠近下缘各层，则发生拉伸形变，越近下缘，拉伸越厉害。而梁的中心线CC层，既不发生压缩也不出现拉伸，只发生弯曲，这一层叫做中性层。根据胡克定律，应力与应变成正比，因此，在中性层以上各层出现压缩应力，中性层以下出现拉伸应力，而中性层则无应力。由于梁的上缘受有较大的压缩应力，下缘受有较大的拉伸应力，而中间层几乎无应力，因此，中性层对于梁的抗应力能力几乎没有贡献，这也是为什么梁设计成成空心结构而强度没有显著下降的原因。因此，碳纤维筋应当设置在空心梁主体的上壁或者下壁，由于下壁处发生拉伸形变，更容易发生屈服，因此将碳纤维筋设置在与下壁相贴合处具有最佳的效果。

进一步地，所述的空腔内具有若干个沿空心梁主体长度方向设置的腹板，所述腹板的上下端分别与空心梁主体的上下内壁垂直相连，并将空腔结构均分为若干个空腔单元。

进一步地，所述的空腔内具有一个与所述的腹板交叉垂直设置的隔板，所述的隔板左右两侧分别与空心梁主体的左右内壁垂直相连，所述的固定腔形成于隔板与空心梁主体的下内壁之间。

腹板可以将空心梁主体的上下壁相连，使梁的受力更加均匀，同时提高抗弯刚度，同时与隔板形成十字交叉排列，在靠近下内壁处将空腔隔出小的单元，该小单元即为固定腔。

进一步地，所述的空腔结构的截面为矩形，所述的固定腔的截面为方形。

进一步地，所述的碳纤维筋与固定腔的壁面之间通过胶黏剂胶合。

为了进一步提高碳纤维筋与空心梁主体的一体化效果，使用胶黏剂将两者加固连接，优选地选用环氧胶等于金属具有较强粘合作用的胶黏剂。

进一步地，所述的空心梁主体外壁包覆有木塑层。具体地，木塑层可以与铝制空心梁主体通过共挤工艺来制备。

木质梁在使用中，具有一个金属梁所没有的优点，那就是其作为天然材料与环境的亲和性，木梁在使用过程中人们的舒适感要强于金属梁。而在铝制的空心梁主体外包覆木塑层，通过木塑层形成与天然木材相似的色度和纹路，可以使金属梁具有天然木材的环境亲和度。同时，木塑层还对内部的金属层起保护作用，使铝合金空心梁更加耐腐蚀等特性。并且，木塑层可以改善金属在受热或手冷时造成的温度骤然变化问题，提高使用舒适度。

综上所述：本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型使用铝材作为主体代替传统的木梁和钢梁，使梁具有耐水火和虫害的优点，使用寿命长，且相较于钢梁密度要轻得多，在结构设计和施工难度方面具有优势。

2、本实用新型使用碳纤维筋来对铝制空心梁进行加固处理，碳纤维筋作为一种新型非金属材料，具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优点，且根据研究，碳纤维筋的应力曲线直到断裂破坏前一直是直线，不存在屈服现象，这意味着当碳纤维筋与空心梁一体成型后，空心梁所受的力的大小在达到能够使碳纤维筋断裂之前，空心梁均不会发生较大程度弯曲，使得空心梁的跨中挠度大大减小，能够在更大的跨度下正常使用。

3、本发明在空心梁主体外包覆一层木塑层，通过木塑层使其具有天然木材所具有的特殊纹理和色度，空心梁将能更好地与环境相融合，从而提高使用舒适度。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的截面示意图；

图2为本实用新型实施例2的截面示意图；

图中，1-空心梁主体，2-碳纤维筋，3-木塑层，11-空腔，12-腹板，13-隔板，111-固定腔。

具体实施方式

本发明为了解决木梁和钢梁的现有缺陷，提供了一种以铝合金为基材的空心梁，并通过在空心梁的内部增设碳纤维筋来改善其在强度方面的不足，增加其抗弯刚度，减小跨中挠度，使铝合金空心梁能够在更大的跨度下使用，此外还在铝合金空心梁的外侧包裹一层木塑表层，使空心梁具备木质材料的外观优点，增加使用舒适度。下面通过实施例来对本发明进行进一步的说明和描述：

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种以铝合金为基材的碳纤维筋空心梁，其空心梁主体1内部具有空腔11，空腔11的截面为矩形，在矩形的内部沿矩形的长边方向设有三块腹板12，腹板12分别与上下的两个短边垂直连接，三块腹板12将矩形四等分并与矩形两个长边共同构成四个较小的空腔单元；在矩形内部沿短边方向还设有一块隔板13，隔板的中部与腹板交叉垂直连接，两端分别与矩形的两个长边垂直连接，从而将上述的四个空腔单元再次分割为八个更小的第二空腔单元，具体地，隔板设置的位置靠近空心梁的下侧，使得位于隔板下方的四个第二空腔单元，更具体地，隔板与空心梁下内壁之间的距离以及两块相邻腹板之间的距离相等，使得隔板下方的四个第二空腔单元的截面形成正方形结构，所述的四个截面为正方形的第二空腔单元即为固定腔111，碳纤维筋2设置在固定腔111中，其直径与固定腔截面的正方形边长一致或略小，使两者配合安装，在安装前还需要用环氧胶处理碳纤维筋或固定腔，使两者粘结牢固形成一体。本实施例产品在实际使用时，应当将带有碳纤维筋的一侧朝下放置，使强化效果更佳。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种以铝合金为基材的碳纤维筋空心梁，其空心梁主体1内部具有空腔11，空腔11的截面为矩形，在矩形的内部沿矩形的长边方向设有两块腹板12，腹板12分别与上下的两个短边垂直连接，两块腹板12将矩形三等分并与矩形两个长边共同构成三个较小的空腔单元；在矩形内部沿短边方向还设有一块隔板13，隔板的中部与腹板交叉垂直连接，两端分别与矩形的两个长边垂直连接，从而将上述的三个空腔单元再次分割为六个更小的第二空腔单元，具体地，隔板设置的位置靠近空心梁的下侧，使得位于隔板下方的四个第二空腔单元，更具体地，隔板与空心梁下内壁之间的距离以及两块相邻腹板之间的距离相等，使得隔板下方的四个第二空腔单元的截面形成正方形结构，所述的四个截面为正方形的第二空腔单元即为固定腔111，碳纤维筋2设置在固定腔111中，其直径与固定腔截面的正方形边长一致或略小，使两者配合安装，在安装前还需要用环氧胶处理碳纤维筋或固定腔，使两者粘结牢固形成一体。此外，本产品在生产时，还通过共挤工艺在铝合金空心梁主体的外层包覆一层木塑材料，使其表面形成具有天然木材视觉效果的木塑层3，具体地，木塑层可直接与铝合金空心梁主体包覆，对于一些与铝合金粘结性不好的木塑材料，可在木塑层与空心梁主体之间涂覆一层环氧胶后再进行包覆。本实施例产品在实际使用时，应当将带有碳纤维筋的一侧朝下放置，使强化效果更佳。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，应该指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，还可以进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：包括具有空腔（11）结构的铝合金空心梁主体（1）和设置在空腔（11）结构内的碳纤维筋（2），所述的空心梁主体的空腔（111）内分隔有至少一个沿空心梁主体（1）长度方向贯通的用于安装碳纤维筋的固定腔（111），至少一个所述的碳纤维筋（2）配合安装在所述的固定腔（111）中。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：构成所述的固定腔（111）的至少一个壁面为所述的空心梁主体（1）的内壁。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：构成所述的固定腔的其中一个壁面为所述的空心梁主体的下内壁。

4.根据权利要求3所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：所述的空腔内具有若干个沿空心梁主体（1）长度方向设置的腹板（12），所述腹板（12）的上下端分别与空心梁主体的上下内壁垂直相连，并将空腔结构均分为若干个空腔单元。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：所述的空腔（11）内具有一个与所述的腹板（12）交叉垂直设置的隔板（13），所述的隔板（13）左右两侧分别与空心梁主体（1）的左右内壁垂直相连，所述的固定腔形成于隔板与空心梁主体的下内壁之间。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：所述的空腔（11）结构的截面为矩形，所述的固定腔（111）的截面为方形。

7.根据权利要求5所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：所述的碳纤维筋与固定腔的壁面之间通过胶黏剂胶合。

8.根据权利要求1~7任一所述的一种碳纤维筋增强空心梁，其特征在于：所述的空心梁主体外壁包覆有木塑层（3）。

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