《复合材料板桩及制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合材料板桩及制备方法.pdf（22页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN102071676A43申请公布日20110525CN102071676ACN102071676A21申请号201010604399622申请日20101224E02D5/0320060171申请人南京工业大学地址210009江苏省南京市鼓楼区中山北路200号72发明人刘伟庆王俊方海陆伟东胡世俊赵慧敏74专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人徐冬涛瞿网兰54发明名称复合材料板桩及制备方法57摘要本发明公开了一种复合材料板桩及其制备方法，包括桩体（1），其特征是所述的桩体（1）为复合材料桩体，在所述的桩体（1）的上端包裹有不锈钢套头（2），下端连接有不锈钢桩靴。
2、（3），桩体（1）的两侧边分别连接有与相邻的桩体（1）相连的锁扣结构（4）；所述的桩体（1）由芯材（101）、包裹芯材（101）的内包裹层（102）及将各包裹有内包裹层（102）的芯材（101）包裹成所需形状的外包裹层（103）组成，相邻芯材（101）之间形成有格构结构（104）。本发明以塑代钢，具有重量轻，强度高，寿命长，可重复利用的优点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图15页CN102071680A1/1页21一种复合材料板桩，包括桩体（1），其特征是所述的桩体（1）为复合材料桩体，在所述的桩体（1）的上端包裹有不锈钢套头（2），下。
3、端连接有不锈钢桩靴（3），桩体（1）的两侧边分别连接有与相邻的桩体（1）相连的锁扣（4）；所述的桩体（1）由芯材（101）、包裹芯材（101）的内包裹层（102）及将各包裹有内包裹层（102）的芯材（101）包裹成所需形状的外包裹层（103）组成，相邻芯材（101）之间形成有格构结构（104）。2根据权利要求1所述的复合材料板桩，其特征是所述的芯材（101）为泡沫或木材，所述的包裹层为纤维增强复合材料中的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合。3根据权利要求1所述的复合材料板桩，其特征是所述的桩体（1）的截面形状为Z形、斜Z形、U形、T形或工字形。4一种复合材料板桩的制造方。
4、法，其特征是它包括以下步骤首先，用纤维增强复合材料包裹在芯材的表面，芯材的长度、宽度及厚度应与最终成形板桩相配；其次，在与最终成形的板桩外形相配的下模中铺设至少一层纤维增强复合材料；第三，将包裹成形的多片芯材置于下模中并拼接成与最终成形的板桩相一致的形状；第四，再在铺设好的芯材上覆盖至少一层纤维增强复合材料或直接将铺设在凹模中的纤维增强复合材料包裹在所述的芯材表面以便使包裹有纤维增强复合材料的单片芯材的表面再包裹至少一层将它们连接成一体的纤维增强复合材料；第五，将形状相配的上模放入下模中并在模具上开孔置入真空导入炉中进行真空导入，使所有的芯材粘结成一个整体结构，并在相邻的芯材结构面之间形成格构。
5、结构；即得复合材料板桩；第六，在所得的复合材料板桩的上端包裹上不锈钢套头，在下端安装好不锈钢桩靴，以提高打桩效果，同时在桩体的两侧边装上锁扣以便使相邻的板桩能方便地连接成一个整体。5根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的芯材为泡沫或木材，所述的包裹层为纤维增强复合材料中的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合。6根据权利要求4所述的方法，其特征是所述桩体的截面形状为Z形、斜Z形、U形、T形或工字形。7根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的锁扣为与桩体一次拉挤成形的整体式结构或通过连接件相连的分体式结构。8根据权利要求4或7所述的方法，其特征是所述的锁扣为不锈钢或玻璃钢制。
6、品，其形状为相配工字形结构、燕尾槽结构或环销结构。权利要求书CN102071676ACN102071680A1/5页3复合材料板桩及制备方法技术领域0001本发明涉及一种工程施工用具，尤其是一种利用复合材料制造的用于替代现有钢板桩的复合材料板桩，具体地说是一种复合材料板桩及制备方法。背景技术0002众所周知，我国传统材料围堰采用木板桩围堰、木笼围堰、钢板桩围堰、混凝土围堰等，这些传统材料制成的围堰为我国的建设做出了巨大的贡献。其中在土木工程结构中应用最多的是钢板桩围堰，虽然钢材具有强度高、弹性模量高等特性，但是在大气环境，尤其是海洋腐蚀环境中很容易锈蚀，如果不做防腐保护，使用年限很短。而且对于。
7、很多施工用临时板桩围堰，需要多次重复利用板桩，而钢板桩在桩头冲击荷载作用下很容易发生不可恢复的塑性变形，无法多次周转使用。木板桩由于木材本身材料的限制，容易虫蛀和腐蚀，已很少作为板桩围堰结构。混凝土板桩围堰自重大，一般与钢围堰相结合用作永久围堰。0003近年来，复合材料以其高强、轻质、耐腐蚀等优点,开始在土木与建筑工程结构中得到应用,并受到工程界的广泛关注。纤维增强复合材料是一种弹性材料，只要在极限承载力范围以内受荷，其变形可以恢复，因此与钢板桩相比，其使用周转次数高，在海洋环境中的使用寿命能达到50年以上，无需维护。国外已有拉挤成形的复合材料板桩应用于近海围堰工程实例，纤维增强复合材料虽然抗。
8、拉强度较高，但同时存在刚度较低的弱点，且受经济条件的制约，目前国外的应用仅局限于小型码头。若要实现在土木工程中大规模应用，还需将纤维增强复合材料与其他材料相结合，通过创新构造与成型工艺提高构件的强度与刚度、降低成本。发明内容0004本发明的目的是针对目前工程施工中大多采用钢板桩存在的耐腐蚀性差、成本高的问题，而现有的复合材料板桩存在强度低无法在大型工程中使用的问题，发明一种强度高、寿命长、施工方便的复合材料板桩及其制备方法。0005本发明的技术方案之一是一种复合材料板桩，包括桩体1，其特征是所述的桩体1为复合材料桩体，在所述的桩体1的上端包裹有不锈钢套头2，下端连接有不锈钢桩靴3，桩体1的两侧。
9、边分别连接有与相邻的桩体1相连的锁扣4；所述的桩体1由芯材101、包裹芯材101的内包裹层102及将各包裹有内包裹层102的芯材101包裹成所需形状的外包裹层103组成，相邻芯材101之间形成有格构结构104。0006所述的芯材101为泡沫或木材，所述的包裹层为纤维增强复合材料中的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合。0007所述的桩体1的截面形状为Z形、斜Z形、U形、T形或工字形。0008本发明的技术方案之二是一种复合材料板桩的制造方法，其特征是它包括以下步骤说明书CN102071676ACN102071680A2/5页4首先，用纤维增强复合材料包裹在芯材的表面，芯材的。
10、长度、宽度及厚度应与最终成形板桩相配；其次，在与最终成形的板桩外形相配的下模中铺设至少一层纤维增强复合材料；第三，将包裹成形的多片芯材置于下模中并拼接成与最终成形的板桩相一致的形状；第四，再在铺设好的芯材上覆盖至少一层纤维增强复合材料或直接将铺设在凹模中的纤维增强复合材料包裹在所述的芯材表面以便使包裹有纤维增强复合材料的单片芯材的表面再包裹至少一层将它们连接成一体的纤维增强复合材料；第五，将形状相配的上模放入下模中并在模具上开孔置入真空导入炉中进行真空导入，使所有的芯材粘结成一个整体结构，并在相邻的芯材结构面之间形成格构结构；即得复合材料板桩；第六，在所得的复合材料板桩的上端包裹上不锈钢套头，。
11、在下端安装好不锈钢桩靴，以提高打桩效果，同时在桩体的两侧边装上锁扣以便使相邻的板桩能方便地连接成一个整体。也可将复合材料板桩翼缘通过玻璃型钢连接（如工字型玻璃型钢、槽型玻璃型钢等）。0009所述的芯材为泡沫或木材，所述的包裹层为纤维增强复合材料中的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合。0010所述桩体的截面形状为Z形、斜Z形、U形、T形或工字形。0011所述的锁扣为与桩体一次拉挤成形的整体式结构或通过连接件相连的分体式结构。0012所述的锁扣为不锈钢或玻璃钢制品，其形状为相配工字形结构、燕尾槽结构或环销结构。0013本发明的复合材料板桩围堰具有以下特点（1）本发明板桩结构。
12、由简单形状的芯材外包裹纤维增强复合材料组成的，纤维增强复合材料可以是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等，芯材可以是泡沫或木材。任意形式的截面均可将划分成形状简单的矩形、梯形、三角形等，以便成型。单片围堰截面形式可做成Z型、T型、U型及工字型等形式。0014（2）各块包裹着纤维布的芯材组成Z型、斜Z形、T型、U型及工字型，并在截面外边整体包裹一层或多层纤维布，装进模具，在模具上开孔进行真空导入，使各芯材与纤维布通过树脂连成一体。0015（3）通过真空导入工艺，该构件在芯材与芯材的结合处均形成了格构，提高了构件的整体性与强度。格构的厚度可根据受力要求设计，通过包裹纤维布的层数与厚度来改变，截。
13、面外表面包裹的纤维布可多于内部芯材包裹的纤维布，以提高截面外表面在腐蚀环境中的耐久性。0016（4）板桩的上端包裹不锈钢套头，底部连接不锈钢桩靴，以提高打桩效果。0017（5）同时可以通过拉挤成形工艺，使得构件的整体性更优。如果应用于小型码头或小跨度桥梁基础施工，承载力要求不高，也可以直接由复合材料拉挤成型。0018施工结束后，也可将围堰中填入混凝土建成永久性水利设施。0019本发明的有益效果（1）本发明提出的复合材料板桩，充分利用了复合材料轻质、高强、耐腐蚀的特点，以聚氨酯泡沫为芯材的格构桩柱其自重只有混凝土的1/10,钢的1/36，以泡桐木为芯材的格说明书CN102071676ACN102。
14、071680A3/5页5构桩柱自重只有混凝土的1/5,钢的1/17。因此它在运输和施工过程都较为的省力，在偏远无起重设备的地区使用时也方便。与国外复合材料板桩相比，抗弯刚度可提高510倍。0020（2）复合材料代替钢等材质，大大提高了围堰的耐腐蚀性，同时围堰的接口形式简单，现场拼接快速简捷，大大减少了施工的时间。0021（3）若采用真空导入技术，则无需大型的拉挤设备即可做各种形式的复合材料板桩。0022（4）本发明的格构厚度可根据受力要求进行设计。0023（5）本发明以塑代钢，具有重量轻，强度高，寿命长，可重复利用的优点。0024（6）复合材料板桩围堰为弹性结构，卸载后变形能够恢复，避免了钢板。
15、桩经多次打桩产生不可恢复的塑性变形，因此可多次重复周转使用。附图说明0025图11为本发明的Z型单片板桩断面示意图。0026图12为本发明的Z型板桩拼接示意图。0027图13为本发明的Z型板桩组成的围堰立面图。0028图21为本发明的斜Z型单片板桩断面示意图。0029图22为本发明的斜Z型板桩拼接示意图。0030图23为本发明的斜Z型板桩组成的围堰立面图。0031图31为本发明的U型单片板桩断面示意图。0032图32为本发明的U型板桩拼接示意图。0033图33为本发明的U型板桩组成的围堰立面图。0034图41为本发明的工字型单片板桩断面示意图。0035图42为本发明的工字型板桩拼接示意图。00。
16、36图43为本发明的工字型板桩组成的围堰的立面图。0037图511为本发明的T型单片板桩断面示意图（图中的锁扣为公扣）。0038图512为本发明的T型板桩拼接断面示意图（图中的锁扣为母扣，图511中的公扣可插入本图的母扣中）。0039图52为本发明的T型板桩拼接示意图。0040图53为本发明的T型板桩组成的围堰的立面图。0041图61为图53的围堰衔接效果图。0042图62是图61的正视结构示意图。0043图63是图62的俯视结构示意图。0044图64是图62的左视结构示意图。0045图7是本发明的类U形板桩的断面结构示意图。0046图8是加拿大LBP公司生产的WATERFRONT型复合板桩截。
17、面照片。0047图中6为复合材料与不锈钢连接螺栓；9为连接螺栓或自攻螺丝或铆栓；11为连接螺栓或自攻螺丝或铆栓。具体实施方式0048下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。说明书CN102071676ACN102071680A4/5页60049如图11、12、13所示。0050实施例一。0051一种复合材料板桩，包括桩体1，桩体1的截面形状如图11所示，桩体1与桩体1拼接结构如图12所示，桩体拼接后的立体结构如图13所示。所述的桩体1为复合材料桩体，在所述的桩体1的上端包裹有不锈钢套头2，下端连接有不锈钢桩靴3，桩体1的两侧边分别连接有与相邻的桩体1相连的锁扣4，如图13所示；所述的桩体1。
18、由芯材101、包裹芯材101的内包裹层102及将各包裹有内包裹层102的芯材101包裹成所需形状的外包裹层103组成，相邻芯材101之间形成有格构结构104，如图11所示。其中的芯材101可为泡沫或木材，包裹层为纤维增强复合材料中的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合。0052图11、12、13所示的板桩的制造方法如下首先，用纤维增强复合材料（可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合）包裹在芯材101（可采用泡沫或木材）的表面，芯材的长度、宽度及厚度应与最终成形板桩相配；其次，在与最终成形的板桩外形相配的下模中铺设至少一层纤维增强复合材料；第三，将包。
19、裹成形的多片芯材置于下模中并拼接成与最终成形的板桩相一致的形状；第四，再在铺设好的芯材上覆盖至少一层纤维增强复合材料或直接将铺设在凹模中的纤维增强复合材料包裹在所述的芯材表面以便使包裹有纤维增强复合材料的单片芯材的表面再包裹至少一层将它们连接成一体的纤维增强复合材料；第五，将形状相配的上模放入下模中并在模具上开孔置入真空导入炉中进行真空导入，使所有的芯材粘结成一个整体结构，并在相邻的芯材结构面之间形成格构结构；即得截面形状如图11所示的复合材料板桩；第六，在所得的复合材料板桩的上端包裹上不锈钢套头，在下端安装好不锈钢桩靴，以提高打桩效果，同时在桩体的两侧边装上锁扣以便使相邻的板桩能方便地连接成。
20、一个如图13所示的整体，具体实施时，所述的锁扣可采用与桩体一次拉挤成形的整体式结构也可为通过连接件相连的分体式结构，图13中即为分体式结构，图7为整体式结构，由于不锈钢材料与桩体材料不同，因此如采用不锈钢作为锁扣件，则锁扣只能是分体式结构，如采用玻璃钢锁扣，则既可采用分体式结构，也可采用整体式结构，在桩体进行真空导入时借助模具的作用一次成形。锁扣的形状为相配工字形结构、T字形（图11、12所示）、燕尾槽形结构（图7）、环销结构或其它形状较复杂的结构（如图31、32所示），总之，由于复合材料成形方便，除可采用现有钢板桩所有的锁扣结构还，还可根据需要设计更为复杂的锁扣结构。0053本实施例的关键是。
21、通过真空导入或拉挤工艺制备单片复合材料板桩，为了提高板桩的抗弯刚度而将板桩截面设计成夹层结构，纤维层主要承受弯曲应力，芯材主要用来提高截面刚度。为了进一步增强芯材与板壁的界面抗剪强度，板桩可由一块块外裹纤维布的芯材先拼装后真空导入而成，芯材与芯材之间便形成了复合材料格构，能增强截面的抗剪强度。0054本发明的每块板桩的左右两端，一端通过螺栓或自攻螺丝或铆栓连接不锈钢榫眼，另一端连接不锈钢榫头（即锁扣），插打每片板桩时，相邻板桩便可榫接成一体。0055为了提高板桩插打时的抗冲击能力，保护桩头，沿桩头顶面与侧面包裹高度10说明书CN102071676ACN102071680A5/5页720CM，厚。
22、度为24MM的不锈钢套头2。0056本发明的复合材料板桩底部通过螺栓或自攻螺丝或铆栓与不锈钢桩靴3连接，以方便打桩，尤其是加强在坚硬土层板桩的打桩效果。0057为了加强各片板桩横向连接的整体性，可沿着板桩高度可设置一道或多道复合材料横梁5，横梁5通过螺栓或自攻螺丝或铆栓与板桩1连接，如图13所示。0058实施例二。0059如图21、22、23所示。0060本实施例与实施例一的区别在于板桩的截面形状为斜Z字形，其余与实施例一相同。0061实施例三。0062如图31、32、33所示。0063本实施例与实施例一的区别在于板桩的截面形状为斜U字形，其余与实施例一相同。0064实施例四。0065如图41。
23、、42、43所示。0066本实施例与实施例一的区别在于板桩的截面形状为斜工字形，其余与实施例一相同。0067实施例五。0068如图511、512、52、53、61、62、63、64所示。0069本实施例与实施例一的区别在于板桩的截面形状为斜T字形，其余与实施例一相同。利用本实施例的钢板桩所筑成的围堰立体效果照片如图53所示，图53中接口处采用的是螺栓链接，螺栓连接的局部立体效果图如图61所示，与图61相配的三视投影图如图62、63及64所示。0070实施例六。0071本实施例的钢板桩的截面如图7所示，图8是与图7相近似的加拿大LBP公司生产的WATERFRONT型无格构和夹层的纯复合板桩的截面。
24、照片。该LBP公司的板桩由上翼、下翼和腹板三部分组成，两块板桩可以通过白身的锁口进行连接。板的高度为0126M，宽度为0416M，厚度为00320047M。表1是本发明的图7所示的板桩的性能参数与同规格钢板桩及加拿大LBP公司的纯复合材料板桩的性能参数比较。0072本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。说明书CN102071676ACN102071680A1/15页8图11说明书附图CN102071676ACN102071680A2/15页9图12说明书附图CN102071676ACN102071680A3/15页10图13图21说明书附图CN102071676ACN102。
25、071680A4/15页11图22说明书附图CN102071676ACN102071680A5/15页12图23图31说明书附图CN102071676ACN102071680A6/15页13图32说明书附图CN102071676ACN102071680A7/15页14图33说明书附图CN102071676ACN102071680A8/15页15图41说明书附图CN102071676ACN102071680A9/15页16图42说明书附图CN102071676ACN102071680A10/15页17图43图511说明书附图CN102071676ACN102071680A11/15页18图512图52说明书附图CN102071676ACN102071680A12/15页19图53说明书附图CN102071676ACN102071680A13/15页20图61说明书附图CN102071676ACN102071680A14/15页21图6264图7说明书附图CN102071676ACN102071680A15/15页22图8说明书附图CN102071676A。