專利名稱：一種纖維筋竹質(zhì)工程構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合竹構件，尤其是
木建筑結構領域的各類構件。
種纖維筋竹質(zhì)工程構件，可廣泛應用于土
背景技術：
目前，我國建筑結構大多數(shù)是采用磚混結構和鋼筋混凝土結構，使用大量的粘土 制品和水泥，既消耗了大量的石灰石資源，毀壞了良田，又產(chǎn)生大量的二氧化碳，破壞了生 態(tài)環(huán)境；同時，磚混結構和鋼筋混凝土結構本身也存在一定的不足，例如磚混結構較差的抗 震性能，混凝土結構構件尺寸大、自重大、抗裂性能差、耐久性差，修補或拆除困難等。
為保持經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，減少建筑對水泥的依賴程度，節(jié)約寶貴的土地資源，充分 利用可再生資源作為建筑材料，逐步改變現(xiàn)有的建筑結構形式，木結構與竹結構逐漸得到 了人們的重視，但是我國森林資源匱乏，木材再生周期長，木結構的應用受到了嚴重限制。 "以竹代木"，利用現(xiàn)代復合、重組技術制作的竹質(zhì)工程材料建造的工程結構，具有木結構類 似的優(yōu)越性能，其在生態(tài)性、保溫節(jié)能性、抗震性能及施工與工業(yè)化方面具有突出的優(yōu)點； 但是，在竹結構的應用過程中發(fā)現(xiàn)，存在以下問題(l)彈性模量低，受彎構件的設計通常 都為剛度控制，造成材料較低的強度利用率(例如竹梁按我國《木結構設計規(guī)范》撓度驗 算的極限承載力大約是按強度驗算極限承載力的1/5) ;(2)竹材抗拉強度相對較低，中性 軸在截面對稱軸附近，較高的抗壓強度得不到充分的體現(xiàn)；(3)力學性能較離散，往往由于 局部缺陷提前破壞；(4)破壞模式較脆，破壞發(fā)生過程較短暫，與結構構件對延性構件的需 求不相符。 如何改善與提高竹質(zhì)構件的力學性能是其在土木工程領域應用必須面臨的難題， 如中國專利第"98228210. 9"號，公開了一種"一種鋼竹復合板"，提供了由金屬網(wǎng)夾在竹編 板中間的一種竹復合板，可以應用于車船模板、建筑模板、包裝板等，但該技術僅限于板材 的制作與應用，金屬網(wǎng)本身存在銹蝕問題，且改變了竹板原有的易加工工藝，難以應用于結 構的其它受力構件。 纖維筋是由多股連續(xù)纖維通過基底材料進行膠合后，再經(jīng)過特制的模具擠壓和撥 拉成型的復合筋。根據(jù)纖維種類的不同，有碳纖維筋、玄武巖纖維筋、玻璃纖維筋、芳綸纖維 筋及混雜纖維筋等，外形有光圓、噴砂、刻痕、螺紋等不同形式，直徑一般3mm 40mm，其具 有抗拉強度高、密度小、耐腐蝕、耐疲勞、無磁性、易加工等優(yōu)良特性，在國內(nèi)外已得到了廣 泛地研究與應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能廣泛應用于土木建筑結構領域的復合竹構件，尤其是 一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，克服現(xiàn)有竹質(zhì)構件的不足，廣泛應用于制作建筑、橋梁等結構的 主要受力構件，包括梁、柱、板及桁架等。 為此，本發(fā)明提供一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，主要由竹材、纖維筋、浸漬膠和界面
3膠四部分，共同壓制成纖維筋竹質(zhì)工程構件。
在該構件中，纖維筋置于竹材內(nèi)部，為竹材所包裹，并具有一定厚度的保護層；纖
維筋方向與構件軸線平行，集中配置在截面的受拉區(qū)或受壓區(qū)分別承擔拉應力與壓應力，
并提高整個構件的剛度，相當于傳統(tǒng)鋼筋混凝土構件中的主筋；同時，纖維筋的延性保證構 件足夠的變形能力。 竹材可以是竹篾或竹絲束。竹篾厚度為O. 8mm 1.2mm，寬度為10mm 20mm，長 度可根據(jù)需要變化；竹絲束是將竹材疏解成通長的、相互交聯(lián)并保持纖維原有排列方式的 疏松網(wǎng)狀纖維束；竹材的含水率應控制在15%以下。 纖維筋的類型可以是碳纖維筋、玄武巖纖維筋、玻璃纖維筋、芳綸纖維筋及混雜纖 維筋等，對梁、板等受彎構件，可選用高彈性模量的碳纖維筋以保證提供足夠的剛度，對柱、 墩等偏心受壓構件，可選用極限應變較大的玄武巖纖維筋、玻璃纖維筋等保證構件較高的 側向變形能力。為保證纖維筋與竹材之間的粘結性能，纖維筋可采用經(jīng)噴砂處理或刻痕處 理或帶螺紋等粗糙的表面形式。 該構件的配筋形式可以是單筋截面，也可以是雙筋截面。單筋截面時，纖維筋集中 配置于受拉區(qū)，僅對截面的受拉區(qū)增強；雙筋截面時，纖維筋同時集中配置在受拉區(qū)與受壓 區(qū)，同時對截面的受拉區(qū)與受壓區(qū)增強。 該構件的截面構造形式主要有a)矩形截面，b)T型截面，c)工字形截面。矩形截 面中，構件截面為矩形，纖維筋布置于截面下部或同時與上部；T型截面由腹板和上翼緣板 共同組成，上翼緣板位于上部受壓區(qū)，纖維筋布置于腹板下部或同時與上翼緣板上部；工字 形截面由腹板、下翼緣板和上翼緣板組成，纖維筋布置于下翼緣板下部或同時與上翼緣板 上部。 矩形截面的纖維筋竹質(zhì)工程構件的制造包括以下步驟首先進行竹材原料的制
備，隨后，將浸漬膠浸漬于竹材中，并進行干燥處理，同時，將纖維筋表面均勻涂上界面膠，
再根據(jù)纖維筋所在截面位置對竹材和纖維筋組坯，最后，進行熱壓及后期加工成型。 壓制時，應根據(jù)壓制目標密度計算竹材總用量，纖維筋的豎向位置由纖維筋上、下
竹材用量進行控制，纖維筋水平位置采取與其垂直的按一定間距綁扎設置的竹篾進行定
位，壓制目標密度取1.0 1. lg/cm3，壓制溫度取135 150。C，壓力取5. 5 6. 0N/mm2，壓
制完成后按照設計進行鋸割加工成型。 對于T形截面、工字形截面，由兩個及以上簡單矩形截面進行組合而成，組合時， 接縫的粘結界面應保證潔凈和密合的要求，進行疊合加壓，采用以下接縫構造增加粘結界 面表面積以加強各組成截面的聯(lián)結(1)凹凸階梯形接縫；(2)鋸齒形接縫；(3)波浪形接 縫。接縫構造沿截面寬度方向設置。 本發(fā)明克服了公知的竹構件的缺陷，具有以下顯著特點(l)大幅度地提高了原 有竹構件的剛度，改善其剛度控制設計的不利狀況；(2)纖維筋配置在截面內(nèi)部，尤其是受 拉區(qū)，可充分發(fā)揮纖維筋較高的抗拉強度與竹材較高的抗壓強度，二者力學性能互補，大大 提高竹構件的承載力，并且計算理論簡單明確；(3)纖維筋的配置，較大程度地改善原竹構 件力學性能離散及脆性的破壞模式，且無需較大改變原竹構件的生產(chǎn)工藝；(4)本發(fā)明構 件不改變竹構件原有的相關優(yōu)點，如生態(tài)性、易加工、易于工業(yè)化生產(chǎn)等；(5)竹子再生能 力強，生長周期短，環(huán)保節(jié)能，符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。本發(fā)明為竹材作為主要受力構件在土木建筑結構領域的推廣應用創(chuàng)造了條件。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
圖1是利用纖維筋進行增強的單筋矩形梁構件的截面； 圖2是利用纖維筋進行增強的雙筋矩形梁構件的截面； 圖3是利用纖維筋進行增強的單筋T形梁構件的截面； 圖4是利用纖維筋進行增強的雙筋T形梁構件的截面； 圖5是利用纖維筋進行增強的單筋工字形梁構件的截面； 圖6是利用纖維筋進行增強的雙筋工字形梁構件的截面； 圖7是利用纖維筋進行增強的矩形柱構件的截面； 圖8是利用纖維筋進行增強的工字形柱構件的截面； 圖9是接縫構造為凹凸階梯形接縫的單筋T形梁構件； 圖10是接縫構造為鋸齒形接縫的單筋T形梁構件； 圖11是接縫構造為波浪形接縫的單筋T形梁構件。 在附圖中，1為竹材，2為纖維筋，31為浸漬膠，32為界面膠，41為腹板，42為上翼緣板，43為下翼緣板，5為接縫。
具體實施例方式
為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實施方式
。如圖1至圖11所示，本發(fā)明提供一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，由竹材1、纖維筋2、浸漬膠31和界面膠32四部分，共同壓制成纖維筋竹質(zhì)工程構件。在該構件中，纖維筋2置于竹材1內(nèi)部，為竹材1所包裹，并具有厚度c的保護層；纖維筋2的方向與構件軸線方向平行，集中配置在截面的受拉區(qū)或受壓區(qū)分別承擔拉應力與壓應力，并提高整個構件的剛度，相當于傳統(tǒng)鋼筋混凝土構件中的主筋；浸漬膠31預先浸漬于竹材1中，在壓制過程中起到膠結的作用；界面膠32涂刷于纖維筋2表面，以保證纖維筋2與竹材1的粘結力。 圖1是利用纖維筋2進行增強的單筋矩形梁構件的截面，纖維筋2布置于截面下部，主要對受拉區(qū)增強，利用纖維筋較高的強度提高構件的承載力，利用纖維筋較高的彈性模量提高截面的剛度。 圖2是利用纖維筋2進行增強的雙筋矩形梁構件的截面，纖維筋2同時布置于截面下部與上部，對截面受拉區(qū)和受壓區(qū)同時增強。 圖3是利用纖維筋2進行增強的單筋T形梁構件的截面，截面由腹板41和上翼緣板42共同組成，上翼緣板42位于上部受壓區(qū)，纖維筋2布置于腹板41的下部，對截面的受拉區(qū)增強。 圖4是利用纖維筋2進行增強的雙筋T形梁構件的截面，截面由腹板41和上翼緣板42共同組成，上翼緣板42位于上部受壓區(qū)，纖維筋2同時布置于腹板41的下部和上翼緣板42的上部，對截面受拉區(qū)和受壓區(qū)同時增強。 圖5是利用纖維筋進行增強的單筋工字形梁構件的截面，截面由腹板41、上翼緣板42和下翼緣板43共同組成，上翼緣板42位于上部受壓區(qū)，下翼緣板43位于下部受拉區(qū)， 纖維筋2布置于下翼緣板43的下部，對截面受拉區(qū)增強。 圖6是利用纖維筋進行增強的雙筋工字形梁構件的截面，截面由腹板41、上翼緣 板42和下翼緣板43共同組成，上翼緣板42位于上部受壓區(qū)，下翼緣板43位于下部受拉區(qū)， 纖維筋2同時布置于下翼緣板43的下部和上翼緣板42的上部，對截面受拉區(qū)和受壓區(qū)同 時增強。 圖7是利用纖維筋2進行增強的矩形柱構件的截面，纖維筋2集中布置于截面高 度方向的下部與上部，纖維筋2能夠在柱受到不同方向荷載時起到增強作用，并同時對截 面的受拉區(qū)和受壓區(qū)增強。 圖8是利用纖維筋2進行增強的工字形柱構件的截面，截面由腹板41、上翼緣板 42和下翼緣板43共同組成，纖維筋2同時布置于上翼緣板42的上部和下翼緣板43的下 部，對截面受拉區(qū)和受壓區(qū)同時增強。 如上所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件中，竹材1可以是竹篾或竹絲束。竹篾厚度 為0. 8mm 1. 2mm，寬度為10mm 20mm，長度可根據(jù)需要變化；竹絲束是將竹材疏解成通長 的、相互交聯(lián)并保持纖維原有排列方式的疏松網(wǎng)狀纖維束，竹材的含水率應控制在15%以 下；浸漬膠3可采用酚醛樹脂，界面膠4可采用環(huán)氧樹脂膠。 纖維筋2的類型可以是碳纖維筋、玄武巖纖維筋、玻璃纖維筋、芳綸纖維筋及混雜
纖維筋等，對梁、板等受彎構件，可選用高彈性模量的碳纖維筋以保證提供足夠的剛度，對 柱、墩等偏心受壓構件，可選用極限應變較大的玄武巖纖維筋、玻璃纖維筋等保證構件較高 的側向變形能力。為保證纖維筋與竹材之間的粘結性能，纖維筋可采用經(jīng)噴砂處理或刻痕 處理或帶螺紋等粗糙的表面形式。 對于矩形截面構件，壓制時，應根據(jù)壓制目標密度計算竹材總用量，纖維筋的豎向 位置由纖維筋上、下竹材用量進行控制，纖維筋水平位置采取與其垂直的按一定間距綁扎 設置的竹篾進行定位，壓制目標密度取1. 0 1. lg/cm 壓制溫度取135 15(TC，壓力取 5. 5 6. 0N/mm2，壓制完成后按照設計進行鋸割加工成型。 對于T形截面或工字形截面，由兩個或兩個以上簡單矩形截面進行組合而成，組 合時，接縫5的粘結界面應保證潔凈和密合的要求，進行疊合加壓，采用以下接縫構造增加 粘結界面表面積以加強各組成截面的聯(lián)結(l)凹凸階梯形接縫；(2)鋸齒形接縫；(3)波 浪形接縫。界面構造沿截面寬度方向設置，圖9 圖11給出了單筋T形梁構件由不同接縫 構造的界面形式進行組合的圖示 圖9是接縫構造為凹凸階梯形接縫的單筋T形梁構件；
圖10是接縫構造為鋸齒形接縫的單筋T形梁構件；
圖11是接縫構造為波浪形接縫的單筋T形梁構件。
權利要求
本發(fā)明提供一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，由竹材(1)、纖維筋(2)、浸漬膠(31)和界面膠(32)四部分，共同壓制成纖維筋竹質(zhì)工程構件；其中，纖維筋(2)置于竹材(1)內(nèi)部，為竹材(1)所包裹，并具有厚度c的保護層，纖維筋(2)的方向與構件軸線方向平行，集中配置在截面的受拉區(qū)或受壓區(qū)，浸漬膠(31)浸漬于竹材(1)中，界面膠(32)涂刷于纖維筋(2)表面，形成纖維筋(2)與竹材(1)的可靠界面。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，其特征在于該構件為單筋矩形梁 或雙筋矩形梁構件，當為單筋矩形梁構件時，纖維筋(2)布置于截面下部，當為雙筋矩形梁 構件時，纖維筋(2)同時布置于截面下部與上部。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，其特征在于該構件為單筋T形梁 或雙筋T形梁構件，截面由腹板(41)和上翼緣板(42)共同組成，上翼緣板(42)位于上部 受壓區(qū)，當為單筋T形梁構件時，纖維筋(2)布置于腹板(41)的下部，當為雙筋T形梁構件 時，纖維筋(2)同時布置于腹板(41)的下部和上翼緣板(42)的上部。
4 根據(jù)權利要求1所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，其特征在于該構件為單筋工字形 梁或雙筋工字形梁構件，截面由腹板(41)、上翼緣板(42)和下翼緣板(43)共同組成，當為 單筋工字形梁構件時，纖維筋(2)布置于下翼緣板(43)的下部，當為雙筋工字形梁構件時， 纖維筋(2)同時布置于下翼緣板(43)的下部和上翼緣板(42)的上部。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，其特征在于該構件為矩形或工字 形柱構件，當為矩形柱構件時，纖維筋(2)集中布置于截面高度方向的下部與上部，當為工 字形柱構件時，截面由腹板(41)、上翼緣板(42)和下翼緣板(43)共同組成，纖維筋(2)同 時布置于上翼緣板(42)的上部和下翼緣板(43)的下部。
6. 根據(jù)權利要求1或3或4或5所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，其特征在于當構件 為T形截面或工字形截面時，由兩個或兩個以上簡單矩形截面進行組合而成，組合時，接縫 (5)的粘結界面應保證潔凈和密合的要求，采用以下接縫構造增加粘結界面表面積以加強 各組成截面的聯(lián)結(1)凹凸階梯形接縫；(2)鋸齒形接縫；(3)波浪形接縫。界面構造沿截 面寬度方向設置。
7. 根據(jù)權利要求1至6任一項所述的一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，其特征在于竹材(1) 可以是竹篾或竹絲束，竹材的含水率應控制在15%以下；浸漬膠(3)可采用酚醛樹脂，界面 膠(4)可采用環(huán)氧樹脂膠；纖維筋(2)的類型可以是碳纖維筋、玄武巖纖維筋、玻璃纖維筋、 芳綸纖維筋及混雜纖維筋，纖維筋可采用經(jīng)噴砂處理或刻痕處理或帶螺紋等粗糙的表面形 式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種纖維筋竹質(zhì)工程構件，由竹材(1)、纖維筋(2)、浸漬膠(31)和界面膠(32)四部分，共同壓制成纖維筋竹質(zhì)工程構件；其中，纖維筋(2)置于竹材(1)內(nèi)部，為竹材(1)所包裹，并具有厚度c的保護層，纖維筋(2)的方向與構件軸線方向平行，集中配置在截面的受拉區(qū)或受壓區(qū)，浸漬膠(31)浸漬于竹材(1)中，界面膠(32)涂刷于纖維筋(2)表面，形成纖維筋(2)與竹材(1)的可靠界面。本發(fā)明克服了公知的竹構件的缺陷，可大幅度地提高了原有竹構件的剛度，改善其剛度控制設計的不利狀況，為竹材作為主要受力構件在土木建筑結構領域的推廣應用創(chuàng)造了條件。
文檔編號E04C3/12GK101725211SQ20091023278
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權日2009年12月1日
發(fā)明者張齊生, 李國芬, 楊平, 王立彬, 蔣身學, 魏洋 申請人:南京林業(yè)大學