一種木-鋁合金管組合柱及其制造方法技術領域本發(fā)明涉及一種木-鋁合金管組合柱及其制造方法，它主要用于工程結構柱，屬于土木工程結構領域。

背景技術：
木結構具有諸多優(yōu)點，如木材可再生、綠色環(huán)保、保溫隔熱性能好、重量輕、木結構抗震性能好、施工方便、建筑美觀，特別是國家現(xiàn)在大力提倡建筑節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，木結構顯示出一定的競爭力和良好的市場前景。鋁合金材料因具有輕質高強、低溫下強度和延性好、耐腐蝕、免維護、易于成型、美觀而具有裝飾效果，易回收、再處理成本低、再利用率高、回收剩余價值高、環(huán)境保護好的等優(yōu)點，因而近年來鋁合金結構在建筑工程和海洋工程領域廣泛應用。盡管木結構和鋁合金結構有很多優(yōu)點，但兩種結構仍存在一些缺點。木結構易受蟲侵害、易腐蝕、易燃燒。此外，對木柱而言，其在受壓時出現(xiàn)縱向開裂，降低了柱的承載力。而鋁合金管單獨受壓時，容易發(fā)生局部失穩(wěn)破壞。目前，已有針對木柱受壓縱向開裂和鋁合金管局部失穩(wěn)的應對措施，如在木柱和鋁合金管橫向均可粘貼FRP布進行加強。而對木結構蟲害、腐蝕和易燃燒問題也有相應的物理和化學處理措施，但這些處理措施顯得繁瑣。目前還沒有見到通過利用上述兩種環(huán)保型材料，將木柱與鋁合金管進行組合形成結構柱以簡便的方式解決上述問題的實例。

技術實現(xiàn)要素：
為了克服鋁合金管單獨受壓時，容易發(fā)生局部失穩(wěn)的缺點；以及為了解決木柱受壓由于出現(xiàn)縱向開裂降低柱的承載力，木材易受蟲侵害、易腐蝕、易燃燒的問題，本發(fā)明旨在提供一種木-鋁合金管組合柱及其制造方法，可抑制木柱受壓引起的開裂和鋁合金管受壓時局部失穩(wěn)，提高了木柱和鋁合金管的承載力，并可使木柱避免蟲害、腐蝕和易燃的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種木-鋁合金管組合柱，包括縱向延伸的鋁合金管和縱向延伸的木柱，其結構特點是，所述木柱套裝在所述鋁合金管中，且在木柱外壁面與鋁合金管內(nèi)壁面之間設有自密實粘結材料層，該自密實粘結材料層將所述木柱和鋁合金管固定連接成一個整體式組合柱。由此，木柱位于組合柱橫截面的核心位置，鋁合金管位于截面的最外圍，填充的自密實粘結材料層位于外圍鋁合金管與核心木柱之間的空隙，充分利用了鋁合金管和木柱在受力過程中的相互作用，即在核心木柱與鋁合金管之間的空隙填充自密實粘結材料，使核心木柱受到外圍的鋁合金管的約束，從而抑制了木柱受壓引起的開裂，提高了核心木柱的承載力；同時由于內(nèi)部核心木柱及空隙填充材料的存在，延緩了鋁合金管的局部失穩(wěn)，從而使其材料性能得到充分發(fā)揮。此外，鋁合金管與空隙填充材料對木柱的包裹作用還能提高木柱的防火、防腐蝕及抗蟲害能力，增加木柱的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可以對本發(fā)明作進一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術方案：所述自密實粘結材料層為自密實膨脹水泥砂漿層、自密實膨脹細石混凝土層和結構膠層中的至少一種。由此，所述外圍鋁合金管與核心木柱之間的填充自密實粘結材料層可采用為自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹細石混凝土，還可使用結構膠，保證其膠合強度不低于木材順紋抗剪和橫紋抗拉強度。所述自密實粘結材料層為自密實膨脹水泥砂漿層或自密實膨脹細石混凝土層時，所述木柱外壁面上設有防水層。為了提高整體式組合柱的結構強度和剛度，所述結構膠層的膠合強度不低于木材順紋抗剪強度和橫紋抗拉強度。所述木柱與鋁合金管間的空隙不能太大，以能夠完成填充材料施工要求所需尺寸為宜，優(yōu)選所述自密實膨脹水泥砂漿層或自密實膨脹細石混凝土層的厚度為15mm—50mm，更優(yōu)選為20mm-40mm，最優(yōu)選為28mm-32mm；所述結構膠層的厚度為10mm-20mm，更優(yōu)選為13mm-18mm。換句話說，所述木柱與鋁合金管間的空隙根據(jù)填充的材料不同，間隙不同。優(yōu)選所述鋁合金管為5×××系列或6×××系列鋁合金材料制成的管狀件。為了保證核心木柱受到外圍的鋁合金管的均勻約束，從而抑制了木柱受壓引起的開裂，進一步提高核心木柱的承載力，所述整體式組合柱的垂直于其長度方向的橫截面中，木柱的截面中心與鋁合金管的截面中心重合。換句話說，所述木柱與鋁合金管的截面形式可以不同。優(yōu)選所述橫截面的為圓形、方形、矩形、多邊形或不規(guī)則形狀。不規(guī)則形狀如L形，T形等。所述木柱優(yōu)選采用缺陷較少的木材為原料進行制作。所述木柱與鋁合金管的截面尺寸沿柱長方向不發(fā)生變化?；谕粋€發(fā)明構思，本發(fā)明還提供了一種如上述的木-鋁合金管組合柱的制造方法，其包括如下步驟：S1、根據(jù)設計需要選擇木柱和鋁合金管；并對成型的木柱進行干燥，將其含水率控制在不超過環(huán)境的平衡含水率；S2、將處理好的木柱放入鋁合金管內(nèi)，并在鋁合金管的兩端通過固定楔固定木柱與鋁合金的相對位置，使木柱和鋁合金管在同一橫截面處的中心重合，然后將鋁合金管的一端開口封閉；S2、將處理好的木柱放入鋁合金管內(nèi)，并在鋁合金管的兩端通過固定楔固定木柱與鋁合金的相對位置，使木柱和鋁合金管在同一橫截面處的中心重合，形成均勻的填充間隙，然后將鋁合金管的一端采用封閉元件封閉，另一端保持開口；S3、在鋁合金管與木柱間的空隙填充自密實粘結材料層，然后對組合柱進行養(yǎng)護；S4、養(yǎng)護完成后，拆除鋁合金管一端的封閉元件。在步驟S2之前，如果步驟S3的自密實粘結材料層為自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹混凝土，則需要對木柱進行表面防水處理。步驟S3中，如果自密實粘結材料層注入的粘性較大的結構膠，則配合注漿機完成填充。本申請的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，所述組合柱通過木柱與鋁合金管的力學性能優(yōu)勢互補，可極大地延緩鋁合金管的局部屈曲，提高單一木柱承載力、剛度，產(chǎn)生協(xié)同作用。此外，鋁合金管及鋁合金管與木柱間空隙的填充材料對木柱的包裹作用還能提高木柱的防火、防腐蝕及抗蟲害能力，增加木柱的使用壽命。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將木柱與鋁合金管進行組合，不僅可以彌補兩種材料各自的缺點，充分發(fā)揮二者的優(yōu)點，使兩種材料產(chǎn)生協(xié)同作用，極大地延緩鋁合金管的局部屈曲，提高單一木柱或單一鋁合金管的承載力、剛度，從而使得木柱與鋁合金管的性能得到充分利用，同時避免了木柱抗蟲害、防腐蝕和防火所需的繁雜物理和化學處理措施，從而得到具有力學性能優(yōu)良、耐腐蝕、環(huán)保等諸多優(yōu)點的結構柱。本發(fā)明可用于工程結構承重柱，也可作為加固木柱，應用范圍很廣。以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述。附圖說明圖1為組合柱的橫截面為圓形截面（外圓管-內(nèi)圓木柱）的示意圖；圖2為組合柱的橫截面為矩形截面（外矩形管-內(nèi)矩形木柱）的示意圖；圖3為組合柱的橫截面為方形截面（外方管-內(nèi)方木柱）的示意圖；圖4為組合柱的橫截面為六邊形截面（外六變形管-內(nèi)圓木柱）的示意圖；圖5為組合柱的橫截面為異性截面（外L形管-內(nèi)L形木柱）的示意圖；圖6為組合柱的橫截面為圓形截面（外圓形管-內(nèi)方形木柱）的示意圖。在圖中1—木柱：2—鋁合金管：3—自密實膨脹水泥砂漿：4—自密實膨脹細石混凝土：5—結構膠。具體實施方式一種木—鋁合金管組合柱，如圖1～圖6所示，截面核心為木柱1，截面最外圍為鋁合金管2，核心木柱1與鋁合金管2之間的間隙通過自密實粘結材料填充。自密實粘結填充材料種類包括自密實膨脹水泥砂漿3（如圖1、圖4～圖6）、自密實膨脹細石混凝土4（如圖2）和結構膠5（如圖3）。組合柱整體截面形狀通過鋁合金管2的截面形狀確定，如圖1為圓形截面、圖3為矩形截面、圖4為多邊形截面、圖5為L形截面均是由鋁合金管2的截面形狀確定。核心木柱截面形狀可與整體截面形狀相同（如圖1～圖3、圖6），也可以不一致（如圖4、圖6），但核心柱與鋁合金管的幾何中心重合。本發(fā)明涉及的組合柱所包含的核心木柱與鋁合金管的截面尺寸沿柱長度方向均勻一致。一種木—鋁合金管組合柱的制備方法，具體制作步驟包括如下：1）根據(jù)設計需要選擇木柱的材料種類與截面尺寸，并進行木材的缺陷檢查，對小尺寸的組合柱優(yōu)選缺陷少的木材；2）對成型的木柱進行干燥，將其含水率控制在不超過環(huán)境的平衡含水率。通過木材含水率的控制使組合柱成型后不至于在環(huán)境中繼續(xù)干縮而影響鋁合金管對核心木柱的約束效果。而在遭遇水環(huán)境時即使有吸水膨脹的趨勢，但由于鋁合金管對核心柱約束作用，此時也不會產(chǎn)生不利的后果。3）對填充材料為自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹細石混凝土的組合柱，在澆筑填充材料之前需對木柱進行表面防水處理。通過防水處理防止木材過多吸收砂漿或混凝土的水分，從而保證砂漿或混凝土正常硬化，達到設計所要求的質量。4）根據(jù)設計需要選擇鋁合金管的材料種類與管截面尺寸、管長度；5）將處理好的木柱放入鋁合金管內(nèi)，并在兩端塞木楔固定柱與鋁合金的相對位置，使兩者同心。然后將一端開口封閉；6）在鋁合金管與木柱間的空隙填充自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹細石混凝土或者結構膠，對組合柱進行養(yǎng)護。為了更好地描述一種木—鋁合金管組合柱的制備方法和過程，以下采用兩個實施例加以說明。實施例1：本實施例組合柱為圓形截面（如圖1），采用鋁合金圓管2，管外徑為220mm，管壁厚為5mm，管長度與柱長相同為3000mm，鋁合金材料為6082-T4。核心木柱1長3000mm，外徑為160mm，木柱與鋁合金管間隙為30mm，可供本實施例組合柱采用的自密實膨脹水泥砂漿3的施工。圓形木柱優(yōu)選缺陷少的木材進行制作，然后對木柱進行干燥，將木材的含水率降至環(huán)境平衡含水率以下，如本地環(huán)境平衡含水率為17%，則把木材的含水率控制不超過該值。干燥后在木柱表面涂抹防水劑進行防水處理。木柱制作及防水處理完畢后，將其放置鋁合金管中，并在兩端鋁合金管與木柱間空隙各放置四個木楔，以保持鋁合金管與木柱間的相對位置。再將組合柱一端用采用木板封閉，封閉做法：先在木板表面涂油脂以便于拆卸，然后采用木釘或螺絲將木板固定在核心木柱端頭。接著配置自密實膨脹水泥砂漿，砂的最大粒徑為4.75mm，因此自密實膨脹水泥砂漿可在鋁合金管與木柱間的空隙（優(yōu)選為30mm）很好的流動。由于柱身較長，可借助于注漿機完成間隙的自密實膨脹水泥砂漿的填充。最后進行養(yǎng)護，養(yǎng)護完畢將一端用于封閉的木板拆除。實施例2：本實施例組合柱為方形截面（如圖3），采用鋁合金方管2，方管外邊長為120mm，管壁厚為3.5mm，管長度與柱長相同為1500mm，鋁合金材料為5083-H12。核心木柱1為方形，邊長為90mm，木柱長1500，木柱與鋁合金管間隙為15mm。方形木柱的選材及處理同實施例1。但本實施例采用結構膠5作為填充材料，不需在木材表明進行防水處理。將木柱放置鋁合金管中，并在兩端鋁合金管與木柱間空隙各放置四個木楔，以保持鋁合金管與木柱間的相對位置。再將組合柱一端用采用木板封閉，封閉做法：先在木板表面貼兩層隔離紙以便于拆卸，然后采用木釘或螺絲將木板固定在核心木柱端頭。接著配置結構膠，由于結構膠是液態(tài)的，因此可在15mm的管內(nèi)間隙自由流動，對粘性較大的結構膠，可借助于注漿機完成間隙的填充。最后進行養(yǎng)護，待結構膠凝固以后，將一端用于封閉的木板拆除。上述實施例闡明的內(nèi)容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍。