防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁及制備方法
【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)及橋梁結(jié)構(gòu)的防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁及制備方法，屬于工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境與資源問題已迫在眉睫，尋求合適的生物質(zhì)可再生結(jié)構(gòu)材料是當(dāng)代土木工程領(lǐng)域的一個(gè)新方向，我國(guó)是世界上最主要的產(chǎn)竹國(guó)，素有“竹子王國(guó)”之譽(yù)。竹材的短周期、高強(qiáng)、高產(chǎn)，讓人們有了 “以竹代木”的想法。原竹的薄壁、尖削度大等特點(diǎn)，及市場(chǎng)對(duì)竹材的需求、要求日益升高，促進(jìn)了工業(yè)竹的發(fā)展。
[0003]目前工業(yè)竹主要用在裝修、裝飾材料、生活用品等領(lǐng)域，很多學(xué)者都在積極探索如何將工業(yè)竹大量用在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，克服工業(yè)竹耐火性能差、耐久性需提高等缺陷，竹集成材是其中的一種工業(yè)竹產(chǎn)品，是由原竹經(jīng)剖篾加工、低溫干燥，浸膠、組坯、加壓、固化、砂光平整、裁邊、指接等多種工藝制成的一種力學(xué)性能優(yōu)異的竹質(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(biāo)準(zhǔn)化。
[0004]目前生產(chǎn)的竹集成材縱向(順纖維方向)抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別可達(dá)100?120MPa和50?60MPa，彈性模量可達(dá)11000~1200010^;其力學(xué)性能和阻燃性均優(yōu)于木材，環(huán)保指標(biāo)已達(dá)歐洲El級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因此，竹集成材可以滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)對(duì)材料的力學(xué)、環(huán)保等方面的性能要求，研究表明，竹集成材結(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(shì)。但竹基復(fù)合材料屬于易燃性材料，應(yīng)用受到消防規(guī)范限制。
[0005]然而現(xiàn)階段我國(guó)竹木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論不完善，設(shè)計(jì)手段落后，在可持續(xù)發(fā)展的引領(lǐng)下，日益緊缺勞動(dòng)力的形勢(shì)下，發(fā)展裝配式、工廠標(biāo)準(zhǔn)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(jì)原理進(jìn)行裝配式竹結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)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(diǎn)有以下幾點(diǎn):(I)自重較大；(2)運(yùn)輸不便；(3)構(gòu)件尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)需要確定，不具有通用性，不利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；(4)能耗高、污染大，成本相對(duì)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)明提出的是一種防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁及制備方法，其目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，該梁可以提供足夠的強(qiáng)度(即承載力)與剛度(即變形)，滿足工程設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，同時(shí)外涂無溶劑防火涂層，提高構(gòu)件耐火性能、拓寬其應(yīng)用范圍，打破消防規(guī)范限制。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁，其結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)竹集成材上翼緣1、高強(qiáng)竹集成材下翼緣2、高強(qiáng)竹集成材腹板3、抗剪竹螺絲竹銷5，其中高強(qiáng)竹集成材上翼緣I與高強(qiáng)竹集成材腹板3的上部通過A卡槽4、A抗剪竹螺絲竹銷5連接，高強(qiáng)竹集成材下翼緣2與高強(qiáng)竹集成材腹板3的下部通過B卡槽4、B抗剪竹螺絲竹銷5連接;梁外涂防火無溶劑環(huán)保涂層;工作時(shí)，防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁受到荷載作用，高強(qiáng)竹集成材上翼緣I首先受壓，梁發(fā)生彎曲，繼而高強(qiáng)竹集成材下翼緣受到拉伸作用；同時(shí)，連接翼緣與腹板的卡槽、抗剪竹螺絲竹銷提供了足以滿足抗拔與抗剪的承載力，通過高強(qiáng)竹集成材的上、下翼緣與高強(qiáng)竹集成材腹板3的連接構(gòu)成了具有承載能力與變形能力的梁。
[0009]防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁的制備方法，包括如下步驟:
(1)將各部件裝配在一起；
(2)制作高強(qiáng)竹集成材翼緣；
(3 )高強(qiáng)竹集成材腹板制作；
(4)抗剪竹螺絲竹銷制作；
(5)腹板與翼緣的連接組合；
(6)外涂防火無溶劑環(huán)保涂層。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1)采用高強(qiáng)竹集成材生物質(zhì)材料和無溶劑防火涂層制作防火工字型梁，在保證梁承載力與變形能力的基礎(chǔ)上，充分利用了我國(guó)天然竹資源，低能耗、污染小，減輕了建筑生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的負(fù)荷；
2)翼緣構(gòu)型可采用生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可滿足裝配式結(jié)構(gòu)，也可滿足建筑多樣性的需求；
3)翼緣與腹板采用卡槽及竹螺絲竹銷連接件連接，工藝簡(jiǎn)單，連接可靠，質(zhì)量易控制；
4)梁的截面采用工字型截面，充分利用了工字型截面抵抗矩大、高強(qiáng)竹集成材拉、壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，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，竹集成材的容重僅為混凝土容重的三分之一左右，而工字型截面還更節(jié)約材料，所以次梁自重很小，有利于抗震、節(jié)能，因竹集成材為易燃材料，應(yīng)用受到消防限制，因此外涂無溶劑防火涂層，提高構(gòu)件耐火性能，打破消防規(guī)范限制。
【附圖說明】
[0011 ]附圖1是防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁示意圖。
[0012]附圖中的I是防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁上翼緣(中間帶卡槽4)，2是防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁下翼緣(中間帶卡槽4)，3是高強(qiáng)竹集成材腹板，4是卡槽，5是低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁，其結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)竹集成材上翼緣1、高強(qiáng)竹集成材下翼緣
2、高強(qiáng)竹集成材腹板3、低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷5，其中高強(qiáng)竹集成材上翼緣I與高強(qiáng)竹集成材腹板3的上部通過A卡槽4、A抗剪竹螺絲竹銷5連接，高強(qiáng)竹集成材下翼緣2與高強(qiáng)竹集成材腹板3的下部通過B卡槽4、B抗剪竹螺絲竹銷5連接;梁外涂防火無溶劑環(huán)保涂層;工作時(shí)，防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁受到荷載作用，工字型高強(qiáng)竹集成材梁上翼緣I首先受壓，梁發(fā)生彎曲，繼而高強(qiáng)竹集成材下翼緣受到拉伸作用；同時(shí)，連接翼緣與腹板的卡槽、抗剪竹螺絲竹銷提供足以滿足抗拔與抗剪的承載力，將高強(qiáng)竹集成材的上、下翼緣與高強(qiáng)竹集成材腹板3連接成具有承載能力與變形能力的梁。
[0014]所述的A、B卡槽與A、B低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷是對(duì)應(yīng)設(shè)置的，其中A卡槽4設(shè)在高強(qiáng)竹集成材上翼緣I的中間，B卡槽4設(shè)在高強(qiáng)竹集成材下翼緣2中間，高強(qiáng)竹集成材上翼緣I與高強(qiáng)竹集成材下翼緣2的厚度采用定型尺寸，工字型高強(qiáng)竹集成材梁的高度可根據(jù)受力情況通過高強(qiáng)竹集成材腹板3的高度調(diào)整。
[0015]防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁的制備方法，包括如下步驟:
(1)防火工字型高強(qiáng)竹集成材梁所有的部件即高強(qiáng)竹集成材上翼緣1、高強(qiáng)竹集成材下翼緣2和高強(qiáng)竹集成材腹板3通過B低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷5裝配在一起，同時(shí)外涂防火無溶劑環(huán)保涂層，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火性能，工字型高強(qiáng)竹集成材梁的長(zhǎng)度、寬度由設(shè)計(jì)要求確定，工字型高強(qiáng)竹集成材梁的高度根據(jù)受力情況通過腹板高度調(diào)整；
(2)高強(qiáng)竹集成材翼緣，其制作步驟，包括
1)采用高強(qiáng)竹集成材，其竹齡4年的原竹，截成2.55米符合壓機(jī)的長(zhǎng)度；
2)剖成25_左右寬度的竹片，剔除竹節(jié)、竹青、竹黃，加工成Imm左右厚度的竹篾，經(jīng)干燥到含水率不超過12%;
3)選用酚醛樹脂膠浸膠，瀝膠后再次干燥到含水率為10%?12%;
4)組坯、熱壓，熱壓溫度為130°C-140°C,壓力不低于3MPa ；
5)以每毫米2分鐘的速度進(jìn)行固化而制成高強(qiáng)竹集成材；
6)經(jīng)過砂光平整、裁邊、指接等加工成規(guī)定尺寸的構(gòu)件，翼緣的長(zhǎng)度、寬度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，厚度采用定型尺寸且不小于梁高度的1/10;
(3)高強(qiáng)竹集成材腹板，制作與高強(qiáng)竹集成材翼緣相同，腹板的長(zhǎng)度、厚度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，高度根據(jù)受力情況確定；
上述步驟(2)、(3)中的高強(qiáng)竹集成材是指順紋抗拉強(qiáng)度不低于lOOMPa，順紋抗壓強(qiáng)度不低于50MPa，順紋彈性模量不低于I 100MPa，順紋抗剪強(qiáng)度不低于12MPa，含水率不大于12%；
(4 )低密度竹集成材梁中的抗剪竹螺絲竹銷，其制作步驟，包括
I)采用低密度竹集成材制作帶螺紋的竹螺絲竹銷；
2)采用竹齡4年左右的原竹，截成2.55米長(zhǎng)度，符合壓機(jī)的長(zhǎng)度；
3)剖成25_左右寬度的竹片，剔除竹節(jié)、竹青、竹黃，加工成Imm左右厚度的竹篾，經(jīng)干燥到含水率不超過12%;
4)選用酚醛樹脂膠浸膠，瀝膠后二次干燥到含水率為10%?12%;
5)組坯、熱壓，熱壓溫度為120°0130 °C，壓力不低于2MPa ；
6 )以每毫米2分鐘的速度進(jìn)行固化而制成高強(qiáng)竹集成材，再經(jīng)過砂光平整、裁邊、指接加工成規(guī)定尺寸的構(gòu)件；
7)抗剪竹螺絲竹銷5內(nèi)直徑d為10?15mm，螺紋外直徑D為15?20mm，銷釘間距不小于螺釘直徑D的5倍，且不大于150mm，竹銷設(shè)置宜細(xì)而密，不宜粗而疏;腹板與高強(qiáng)竹集