I字型高強重組竹梁及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種可應(yīng)用于建筑工程結(jié)構(gòu)的I字型高強重組竹梁及制備方法，屬于工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境惡化、資源緊缺、尋求可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境友好型建筑材料成了當(dāng)今土木領(lǐng)域的熱點，建筑工業(yè)不僅能耗是總能耗的消耗大戶，對環(huán)境的影響也不可忽視，而竹材在我國有第二森林的美稱，竹材是一種可再生、可降解的天然生物質(zhì)復(fù)合材料，一般3-5年就可以成材，具有硬闊葉樹材的諸多優(yōu)良特性，其比強度和比剛度高于鋼材，是一種理想的綠色高強建筑材料，竹材的環(huán)境負荷遠小于鋼材、混凝土等傳統(tǒng)建筑材料。竹材經(jīng)工業(yè)化加工，可以制成各種竹質(zhì)復(fù)合材料，廣泛用于建筑模板、車廂底板、地板和家具制造。
[0003]其中，重組竹是原竹經(jīng)剖篾加工、低溫干燥，再同方向組坯、浸膠、加壓等多種工藝制成的一種高強竹質(zhì)復(fù)合材料，經(jīng)過近30年的研究與發(fā)展，其生產(chǎn)工藝已經(jīng)標準化。目前制造的重組竹縱向(順纖維方向)抗拉強度和抗壓強度分別可達HOMPa和60MPa，彈性模量可達HOOOMPa;其力學(xué)性能和阻燃性均優(yōu)于木材，環(huán)保指標已達歐洲El級標準，因此，重組竹可以滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)對材料的力學(xué)、環(huán)保與耐久性等方面的性能要求。
[0004]研究表明，重組竹結(jié)構(gòu)在節(jié)能環(huán)保、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工等方面有著傳統(tǒng)材料不可替代的優(yōu)勢，以重組竹作為結(jié)構(gòu)材料建造多層甚至高層建筑是極具潛勢的發(fā)展方向。
[0005]然而現(xiàn)階段我國竹木結(jié)構(gòu)設(shè)計理論不完善，設(shè)計手段落后，在可持續(xù)發(fā)展的引領(lǐng)下，日益緊缺勞動力的形勢下，發(fā)展裝配式、工廠標準化生產(chǎn)的竹結(jié)構(gòu)建筑，非常有意義，因此依據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析技術(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計原理進行裝配式竹結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計是十分必要的。
[0006]目前以混凝土和鋼材為主要原料的裝配式結(jié)構(gòu)，其缺點有以下幾點:(I)自重較大；(2)運輸不便；(3)構(gòu)件尺寸根據(jù)設(shè)計需要確定，不具有通用性，不利于標準化生產(chǎn)；(4)能耗高、污染大，成本相對較高;本發(fā)明能有效改善以上狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提出一種I字型高強重組竹梁及制備方法，其目的旨在發(fā)展綠色、環(huán)保、可再生、裝配式、工廠標準化生產(chǎn)的高強生物質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，該梁可以提供足夠的強度(即承載力)與剛度(即變形)，滿足工程設(shè)計要求，并且具有自重小、綠色環(huán)保、可再生、可降解、低能耗、低污染、可標準化生產(chǎn)等特點。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:1字型高強重組竹梁，其結(jié)構(gòu)包括高強重組竹上翼緣1、高強重組竹下翼緣2、高強重組竹腹板3、卡槽4、低密度重組竹抗剪竹銷5，其中高強重組竹上翼緣I與高強重組竹腹板3的上部通過A卡槽4、A抗剪竹銷5連接，高強重組竹下翼緣2與高強重組竹腹板3的下部通過B卡槽4、B抗剪竹銷5連接;工作時，I字型高強重組竹梁受到荷載作用，高強重組竹梁上翼緣I首先受壓，梁發(fā)生彎曲，繼而高強重組竹下翼緣受到拉伸作用；同時，連接翼緣與腹板的抗剪竹銷、卡槽提供足以滿足抗拔、抗剪的承載力，通過高強重組竹的上、下翼緣與高強重組竹腹板3的連接構(gòu)成具有承載能力的梁。
[0009]I字型高強重組竹梁的制備方法，包括如下步驟:
(1)裝配各部件；
(2)制作高強重組竹翼緣；
(3)制作高強重組竹腹板；
(4)制作抗剪竹銷；
(5)抗剪竹銷與翼緣的組合連接。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點:
1)采用高強重組竹生物質(zhì)竹材制作I字型梁，在保證梁承載力的基礎(chǔ)上，充分利用了我國天然竹資源，能耗低、污染小，減輕了建筑生產(chǎn)對環(huán)境的負荷；
2)翼緣構(gòu)型可采用生產(chǎn)線標準化尺寸，梁的高度可根據(jù)受力情況通過腹板高度調(diào)整，因此，這種形式的梁既便于標準化生產(chǎn)，也可滿足裝配式結(jié)構(gòu)、建筑多樣性的需求；
3)翼緣與腹板采用卡槽與竹銷連接件連接，工藝簡單，連接可靠，質(zhì)量易控制；
4)梁的截面采用I字型截面，充分利用了高強重組竹拉、壓強度高的特點，提高了梁承載效率，節(jié)省了大量材料也減輕了構(gòu)件自身重量，大大降低了制備成本，便于建筑裝配式生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011 ]附圖1是I字型高強重組竹梁示意圖。
[0012]附圖2是I字型高強重組竹梁翼緣及卡槽示意圖。
[0013]附圖3是I字型高強重組竹梁腹板示意圖。
[0014]附圖4是抗剪竹銷示意圖。
[0015]附圖5是抗剪竹銷連接示意圖。
[0016]附圖中的I是高強重組竹梁上翼緣(中間有卡槽4)，2是高強重組竹梁下翼緣(中間有卡槽4)，3是高強重組竹腹板，5是低密度重組竹抗剪竹銷。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
對照附圖，I字型高強重組竹梁，其結(jié)構(gòu)包括高強重組竹上翼緣1、高強重組竹下翼緣2、高強重組竹腹板3、卡槽4、抗剪竹銷5，其中高強重組竹上翼緣I與高強重組竹腹板3的上部通過A卡槽4、A抗剪竹銷5連接，高強重組竹下翼緣2與高強重組竹腹板3的下部通過B卡槽4、B抗剪竹銷5連接;工作時，I字型高強重組竹梁受到荷載作用，高強重組竹梁上翼緣I首先受壓，梁發(fā)生彎曲，繼而高強重組竹下翼緣受到拉伸作用；同時，連接翼緣與腹板的抗剪竹銷、卡槽提供足以滿足抗拔、抗剪的承載力，通過高強重組竹的上、下翼緣與高強重組竹腹板3的連接構(gòu)成具有承載能力的梁。
[0018]工作時，梁受到荷載作用，I字型高強重組竹梁的上翼緣首先受壓，梁發(fā)生彎曲，繼而下翼緣受到拉力作用；同時，連接翼緣與腹板的卡槽及竹銷提供足夠的抗拔與抗剪承載力，將上、下翼緣與腹板連接成具有足夠承載能力的梁。
[0019]制備方法，包括如下步驟: 1)1字型高強重組竹梁所有的部件裝配在一起，參考相關(guān)規(guī)范，其梁的尺寸根據(jù)需要設(shè)計，梁的高度僅需根據(jù)受力情況通過腹板高度調(diào)整，即圖2中腹板3的高度(見圖1);
2)高強重組竹翼緣，采用高強重組竹材，所述高強重組竹材是指順紋抗拉強度不低于120MPa，順紋抗壓強度不低于60MPa，順紋彈性模量不低于llOOOMPa，順紋抗剪強度不低于15MPa，工藝制作過程如下:將原竹剖割成約長2m、寬15mm、厚3mm的竹蔑，經(jīng)8 O °C恒溫烘干至含水率低于11%，再將竹篾碾壓成竹絲束，同方向平行組坯并浸漬酚醛樹脂膠(膠固含量不得低于25%)后二次干燥至含水率低于11%，最后通過高溫?zé)釅?溫度不低于160°C，壓力不低于5MPa，速度為lmm/min)膠合而成。參考美國標準ASTM D2559，其長度和寬度根據(jù)設(shè)計、計算確定，參考規(guī)范GB 50005-2003，厚度采用生產(chǎn)線標準化尺寸，如圖2示意；
3)高強重組竹腹板，采用高強重組竹材，參考相關(guān)規(guī)范，其長度和厚度根據(jù)設(shè)計、計算確定，參考規(guī)范GB 50005-2003，高度根據(jù)受力情況確定，如圖3示意；
所述高強重組竹材是指順紋抗拉強度不低于120MPa，順紋抗壓強度不低于60MPa，順紋彈性模量不低于llOOOMPa，順紋抗剪強度不低于15Mpa，含水率不大于12%;
4)高強重組竹料中的抗剪竹銷，采用低密度重組竹，所述低密度重組竹材是指順紋抗拉強度不低于80MPa，順紋抗壓強度不低于40MPa，順紋彈性模量不低于9000MPa，順紋抗剪強度不低于lOMPa，含水率不大于12%，工藝制作過程如下:將原竹剖割成約長2m、寬15mm、厚3mm的竹蔑，經(jīng)80°C恒溫烘干至含水率低于11%，再將竹篾碾壓成竹絲束，同方向平行組坯并浸漬酚醛樹脂膠(膠固含量不得低于20%)后二次干燥至含水率低于11%，最后通過高溫?zé)釅?溫度不低于140°C，壓力不低于2.5MPa，速度為lmm/min)膠合而成。參考相關(guān)規(guī)范，通過設(shè)計、計算及試驗來確定其具體尺寸，如圖4示意，參考規(guī)范GB 50005-2003；
所述低密度重組竹材是指順紋抗拉強度不低于SOMPa，順紋抗壓強度不低于40MPa，順紋彈性模量不低于9000MPa，順紋抗剪強度不低于lOMpa，含水率不大于12%;
5)高強重組竹料中的抗剪竹銷與高強重組竹上、下翼緣的連接，如圖5示意。
[0020]設(shè)計制備的重組竹縱向(順纖維方向)抗拉強度和抗壓強度分別可達140 MPa和60MPa，彈性模量可達14000 MPa，它的結(jié)構(gòu)致密均勻，其力學(xué)性能和阻燃性均優(yōu)于一般木材，環(huán)保指標已達歐洲El級標準，因此，