一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁.pdf

本实用新型是一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁，其特征在于，位于正中央的A复合竹质圆筒（4）同A复合竹质圆筒（1）是同心圆，均布在A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间的是钢筋或FRP筋（3），生物质填充料（2）充满较A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间的缝隙，形成一种复合材料构件，所述的A复合竹质圆筒（1）的厚度大于B复合竹质圆筒（4）的厚度。优点：充分利用了生物质材料的特点，将我国蕴藏量丰富的农林生物质资源应用到结构构件中。该种建筑构件具有自重轻、刚度大、延性好、自恢复能力强、经济性能好、抗震性能优越等优点，并且施工工序简单，可应用于结构领域中的受压或受弯构件。

权利要求书
1.  一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁，其特征在于，位于正中央的B复合竹质圆筒（4）同A复合竹质圆筒（1）是同心圆，钢筋或FRP筋（3）均布在A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间，A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间的缝隙内是生物质填充料（2），所述的A复合竹质圆筒（1）的筒壁厚度不小于20mm，B复合竹质圆筒（4）的厚度不小于18mm。

说明书一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁
技术领域
本实用新型涉及的是一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁，属于土木工程技术与材料科学领域。
背景技术
我国盛产竹子，且拥有量和品质均居世界首位，竹子可再生、可降解，一般3-5年即可成材，竹材的抗拉强度约为木材的2倍，抗压强度约为木材的1.5倍，竹材的比强度高于普通木材、结构用钢材、铝合金、混凝土等，竹材具有较好的弹性和韧性，变形能力强，以竹材及其与其他材料组成的复合材料代替混凝土、钢材或粘土砖等建造房屋，符合“十二五”规划部署的重大任务——“绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”的根本要求，也符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》确定的节能降耗、开发利用农林生物质资源的重点领域及优先主题。
随着国家转变经济发展方式进程的加快，发展低碳经济作为国家的快速推进，对天然林和人工育林的保护政策将愈加严厉，木材的供给量和结构构件对其需求量之间的矛盾将愈加突出，以木材为原料的结构构件的发展空间将大大压缩，而生物质材料构件的推出，为有效的保护森林资源提供了方向。
钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁市场前景广阔。随着我国木质构件行业的高速发展，木材原料的供应不足越来越成为制约我国木质构件发展的一个主要因素。寻求木材的替代材料成为我国木质构件发展急需解决的问题。而应用具有质优价廉，环保、低污染，可循环利用等特性的钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁来代替木材原料必然有广阔的市场空间。
发明内容
本实用新型提出的是一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁，其目的旨在结合生物质材料的特性将我国蕴藏量丰富的农林生物质资源应用到土木建筑结构构件中，达到节省矿产资源，保护森林，保护环境的目的。
本实用新型的技术解决方案：一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁，其结构在于，位于正中央的B复合竹质圆筒（4）同A复合竹质圆筒（1）是同心圆，钢筋或FRP筋（3）均布在A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间， A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间的缝隙内是生物质填充料（2），所述的A复合竹质圆筒（1）的筒壁厚度不小于20mm，B复合竹质圆筒（4）的厚度不小于18mm。
 所述的一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁的制备方法包括以下步骤：
第一步，按结构设计要求制作复合竹质圆筒：① 选择3-6年生的原竹，将原竹软化平展展开，将展开的平竹片胶合（使用酚醛胶或者不含甲醛的生态胶）成较宽的竹板，然后将竹板旋切成较薄的竹纤维片层；或者将选择好的原竹筒分割成相同宽度和长度的原竹片，去青去黄后进行脱水或干燥（含水率不超过12%），然后对其进行涂胶（采用酚醛胶，固含量在30%左右），在适当温度（150℃左右）和压力（5MPa左右）下，通过压力机将其压制成符合结构设计要求的竹材集成材，将竹材集成板材旋切成较薄的竹纤维片层；或者将选择好的原竹筒分割成固定长度和宽度的竹片，去青去黄后经齿形辊碾压后呈横向不断裂、纵向较松散的竹篾，竹篾的初含水率10% ~ 12%；然后放在自行设计的常压高温热处理箱进行190℃左右高温热处理，接着浸胶，竹篾浸胶量为8% (绝干重量之比) , 浸胶后竹篾干燥温度70℃, 干燥至含水率不超过12%；将竹篾全纵向组胚装入模具，热压采用“热进冷出”工艺, 压力4. 5MPa, 温度140℃，通过压力机将其压制成符合建筑设计要求的竹材重组材型材，再将竹材重组材型材制作成较宽的竹材重组材板材，将竹材重组板材旋切成较薄的竹纤维片层；② 按照建筑需要的尺寸选择圆柱形内模具，内模具为高分子纳米材料制作耐高压的可充气气囊，生产圆筒时给气囊充气形成内模具，制作圆筒完毕放气就可以取出气囊，十分方便；③将薄竹纤维片层长度方向沿圆柱形内模具外径缠绕形成第一层，该层旋切薄竹片内竹纤维方向垂直于圆柱形内模具长度方向；④ 将薄竹纤维片层长度方向沿圆柱形内模具长度方向缠绕形成第二层，第二层的薄竹片内竹纤维方向平行于圆柱形内模具长度方向；⑤ 制作第三层，该层同第一层；⑥ 制作第四层，该层同第二层。。。。。。剩下的层数工艺同前述，直到所需的厚度（厚度不小于18mm）；整个复合竹质圆筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；
第二步，将较薄复合竹质圆筒固定在较厚复合竹质圆筒的正中央，同较厚复合竹质圆筒（1）形成同心圆；
第三步，根据设计要求选择钢筋或FRP筋，并将钢筋或FRP筋均匀布置到较厚复合竹质圆筒和较薄复合竹质圆筒之间的空隙里；
第四步，将生物质原料自然风干或烘干（含水率不超过12%）后，经农用铡草机或锤片式打碎机或专用粉碎机粉碎，然后进行碾磨；用胶（酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶）拌合均匀，填充到较厚复合竹质圆筒和较薄复合竹质圆筒之间的空隙里，并振捣密实，进行养护；
第五步，养护完毕，将两端裁切整齐，即为所要求的圆形结构构件。
复合竹质圆筒必须具备足够的抗拉、抗剪强度，具体的量值与其分担的外界荷载产生的应力有关，要由实际结构设计计算确定；外层复合竹质圆筒的厚度不小于20mm，内层复合竹质圆筒的厚度不小于18mm。
生物质填充料（2）包括麦秆、稻草、玉米秆、高粱秆、豆秆、辣椒秆、油菜秆、亚麻秆、芦苇秆、棉秆等，可以涉及到所有植物、农作物的叶、秆、茎等，当然也包括废弃的木材及其碎屑等所有木质材料；可以涉及到所有植物、农作物的叶、秆、茎等，当然也包括废弃的竹材、木材及其碎屑等所有木质材料。所有这些生物质材料均需经过烘干脱水处理。
利用钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁建造房屋，抗震性能好，低碳绿色环保，可持续发展。目前，我国的住宅建筑主要是砖混结构，使用大量的粘土质材料，造成我国土地资源锐减，严重破坏生态平衡，全国人均耕地面积已不足1.3 亩，远低于世界人均4.8 亩的水平。在这种情况下，变废为宝，结合生物质材料特点制成建筑材料意义重大。
本实用新型的优点：选材广泛，原材料价格低廉，产品制作方便，该种建筑构件具有自重轻、刚度大、延性好、自恢复能力强、经济性能好、抗震性能优越等优点，可应用于土木建筑结构领域中的受压或受弯构件，对缓解我国木材、耕地、煤炭等资源短缺和生态环境恶化的压力具有重要意义。
附图说明
附图1是一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁的结构示意图。
图中的1是较厚复合竹质圆筒、2是生物质材料、3是钢筋或FRP筋、4是较薄复合竹质圆筒。
具体实施方式
对照附图1，一种钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁，其结构在于，A复合竹质圆筒（4）位于正中央同A复合竹质圆筒（1）形成同心圆，钢筋或FRP筋（3）均布在A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间，生物质填充料（2）充满在A复合竹质圆筒（1）与B复合竹质圆筒（4）之间的缝隙，形成一种复合材料构件，所述的A复合竹质圆筒（1）的厚度大于B复合竹质圆筒（4）的厚度。
该类结构构件截面可以任意大，应用范围更广。生物质填充料（2）包括麦秆、稻草、玉米秆、高粱秆、豆秆、辣椒秆、油菜秆、亚麻秆、芦苇秆、棉秆等，可以涉及到所有植物、农作物的叶、秆、茎等，当然也包括废弃的木材及其碎屑等所有木质材料。
钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁的制备方法，包括以下步骤：
第一步，按结构设计要求制作复合竹质圆筒：① 选择3-6年生的原竹，将原竹软化平展展开，将展开的平竹片胶合（使用酚醛胶或者不含甲醛的生态胶）成较宽的竹板，然后将竹板旋切成较薄的竹纤维片层；或者将选择好的原竹筒分割成相同宽度和长度的原竹片，去青去黄后进行脱水或干燥（含水率不超过12%），然后对其进行涂胶（若采用酚醛胶，固含量在30%左右），在适当温度（150℃左右）和压力（5MPa左右）下，通过压力机将其压制成符合结构设计要求的竹材集成材，将竹材集成板材旋切成较薄的竹纤维片层；或者将选择好的原竹筒分割成固定长度和宽度的竹片，去青去黄后经齿形辊碾压后呈横向不断裂、纵向较松散的竹篾，竹篾的初含水率10% ~ 12%；然后放在自行设计的常压高温热处理箱进行190℃左右高温热处理，接着浸胶，竹篾浸胶量为8% (绝干重量之比) , 浸胶后竹篾干燥温度70℃, 干燥至含水率不超过12%；将竹篾全纵向组胚装入模具，热压采用“热进冷出”工艺, 压力4. 5MPa, 温度140℃，通过压力机将其压制成符合建筑设计要求的竹材重组材型材，再将竹材重组材型材制作成较宽的竹材重组材板材，将竹材重组板材旋切成较薄的竹纤维片层；② 按照建筑需要的尺寸选择圆柱形内模具，内模具为高分子纳米材料制作耐高压的可充气气囊，生产圆筒时给气囊充气形成内模具，制作圆筒完毕放气就可以取出气囊，十分方便；③将薄竹纤维片层长度方向沿圆柱形内模具外径缠绕形成第一层，该层旋切薄竹片内竹纤维方向垂直于圆柱形内模具长度方向；④ 将薄竹纤维片层长度方向沿圆柱形内模具长度方向缠绕形成第二层，第二层的薄竹片内竹纤维方向平行于圆柱形内模具长度方向；⑤ 制作第三层，该层同第一层；⑥ 制作第四层及往后各层同第二层，重复步骤③④，直到所需的厚度（厚度不小于18mm）；整个复合竹质圆筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；
第二步，将较薄复合竹质圆筒固定在较厚复合竹质圆筒的正中央，同较厚复合竹质圆筒（1）形成同心圆；
第三步，根据设计要求选择钢筋或FRP筋，并将钢筋或FRP筋均匀布置到较厚复合竹质圆筒和较薄复合竹质圆筒之间的空隙里；
第四步，将生物质原料自然风干或烘干（含水率不超过12%）后，经农用铡草机或锤片式打碎机或专用粉碎机粉碎，然后进行碾磨；用胶（酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶）拌合均匀，填充到较厚复合竹质圆筒和较薄复合竹质圆筒之间的空隙里，并振捣密实，进行养护；
第五步，养护完毕，将两端裁切整齐，即为所要求的圆形结构构件。
复合竹质圆筒必须具备足够的抗拉、抗剪强度，具体的量值与其分担的外界荷载产生的应力有关，要由实际结构设计计算确定；外层圆筒的厚度不小于20mm，内层复合竹质圆筒的厚度不小于18mm。
生物质填充料（2）包括麦秆、稻草、玉米秆、高粱秆、豆秆、辣椒秆、油菜秆、亚麻秆、芦苇秆、棉秆等，可以涉及到所有植物、农作物的叶、秆、茎等，当然也包括废弃的木材及其碎屑等所有木质材料；可以涉及到所有植物、农作物的叶、秆、茎等，当然也包括废弃的竹材、木材及其碎屑等所有木质材料。所有这些生物质材料均需经过烘干脱水处理。
利用钢筋或FRP筋增强复合竹质圆筒空心梁建造房屋，抗震性能好，低碳绿色环保，可持续发展。目前，我国的住宅建筑主要是砖混结构，使用大量的粘土质材料，造成我国土地资源锐减，严重破坏生态平衡，全国人均耕地面积已不足1.3 亩，远低于世界人均4.8 亩的水平。在这种情况下，变废为宝，结合生物质材料特点制成建筑材料意义重大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。