一种竹材-钢复合管混凝土组合结构技术领域
本发明属于土木建筑结构技术领域，具体涉及一种混凝土组合结构，尤其是一种
竹材-钢复合管混凝土组合结构。
背景技术
多年来国内外学者对钢管混凝土结构进行了大量的研究与应用，混凝土与钢管一
起承压可以说是最完美的组合，可以堪称充分发挥各自特色的典范，同时具有优异的延性
特征。然而也认识到钢管混凝土结构具有以下缺陷与不足：当钢管混凝土柱所受荷载较大
时，构件截面依然会比较大，此时需要壁厚较厚的钢管以提供给混凝土足够的紧箍力。因
此，用钢量依然偏大，并且大直径、厚壁铜管的供货渠道不多，如果采用双层钢管，则施工难
度较大，如果采用高强钢管，则造价较高。此外，钢管长期暴露在酸雨、海水等腐蚀性介质中
容易锈蚀，耐久性降低，导致钢管混凝土结构的承载力显著下降。
针对以上结构，研究者也在不断开发新的结构形式，力求克服钢管混凝土的缺点
与不足。如中国专利第“201020617258.3”号，公开了一种“一种FRP-钢复合管混凝土柱”，该
结构最外层为FRP-钢复合管，FRP-钢复合管内填充有混凝土，该结构虽然克服了钢管混凝
土结构一些缺点，但该结构中所使用的FRP为玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩
纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种，这些增强材料为高
能耗的纤维增强塑料，消耗了大量宝贵的石油资源，产品及废料不可回收。
本发明提供一种竹材-钢复合管混凝土组合结构，以克服现有技术中存在的缺陷，
满足工程的应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种竹材-钢复合管混凝土组合结构，以期解决提升钢管混
凝土结构的性能，提高结构的受力性能和抗震性能，在潮湿、盐碱地等恶劣环境中具有良好
的耐久性等优点，同时，此结构充分利用了我国竹子资源，低碳环保，资源可再生，推动可持
续发展。此结构适用于新建结构中的桩、柱、桥墩、拱肋，以及现有钢管混凝土结构的构件加
固。
为此，本发明提供一种竹材-钢复合管混凝土组合结构，该结构包括核心混凝土、
钢管、竹材复合层、外防护层，其中，竹材复合层由纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带通过树脂
胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管的外壁形成，纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带采用竹蔑搭
接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.2～2.0mm，竹蔑条带的宽度为10～500mm，核心混凝土
填充于钢管的内部，外防护层粘结于竹材复合层的外壁，外防护层采用水泥基复合材料、树
脂基复合材料、沥青基复合材料中的一种，外防护层为竹材复合层提供进一步增强和防护。
所述的纵向竹蔑条带和横向竹蔑条带的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1层
以上，纵向竹蔑条带的轴线方向沿着竹材-钢复合管的轴线方向，横向竹蔑条带的轴线方向
与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，各层横向竹蔑条带的轴线
方向可以相同或不同，纵向竹蔑条带为结构提供纵向抗弯承载力，横向竹蔑条带为核心混
凝土和钢管提供增强约束，延缓、推迟钢管的局部屈曲，减缓钢管混凝土构件的承载力退化
过程。
所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。
所述的核心混凝土为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。
本发明克服了公知的钢管混凝土结构所存在的不足，延缓、推迟钢管的局部屈曲，
提高了结构承载力和抗变形能力，耐久性好，同时，成本低、绿色环保、资源可再生、节能减
排效果显著，经济效益可观。具体有益效果如下：
(1)本发明结构是由竹材、钢管和混凝土三种不同材料构成的组合结构，可以充分
发挥构成材料各自的特性：混凝土在三向轴压应力状态下的承载能力；竹材复合层对钢管
和核心混凝土持续的环向约束作用；钢管的弹塑性使结构具有良好的轴压延性。
(2)本发明结构中的竹材具有优异的拉伸性能，在钢管外表面缠绕竹材，不但可以
减少钢管的用钢量，还可以抑制钢管在轴压过程中产生的局部屈曲，同时又可以作为钢管
的保护层，提高结构的耐久性。
(3)本发明中的竹材-钢复合管具有较大的轴向刚度，使结构在浇筑混凝土前具有
一定的轴向承载能力，可以直接作为混凝土浇注时的模板使用，节省了模板的制作费用，缩
短了建设工期。
(4)本发明充分利用了传统材料——竹子，竹子作为一种可再生的、环保的资源，
具有质轻、高强度、高刚度、耐腐蚀、价格低廉的特点，本发明最大限度的发挥竹材韧性好、
纵向拉伸强度高的材性优势。
本发明结构，充分利用了混凝土、钢管、竹材等多种材料的优势特点，取得了较好
的综合性能，适用于新建结构中的桩、柱、桥墩、拱肋，现有钢管混凝土结构的构件加固。
附图说明：
图1为一种竹材-钢复合管混凝土组合结构的圆形横截面结构示意图；
图2为一种竹材-钢复合管混凝土组合结构的椭圆形横截面结构示意图；
图3为一种竹材-钢复合管混凝土组合结构中纵向竹蔑条带示意图；
图4为一种竹材-钢复合管混凝土组合结构中横向竹蔑条带示意图；
在附图1～附图4中，1为核心混凝土、2为钢管、3为竹材复合层、4为外防护层、31为
纵向竹蔑条带、32为横向竹蔑条带。
具体实施方式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发
明的具体实施方式。本发明提供一种竹材-钢复合管混凝土组合结构，该结构包括核心混凝
土1、钢管2、竹材复合层3、外防护层4，其中，竹材复合层3由纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条
带32通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的外壁形成，纵向竹蔑条带31和横向竹蔑
条带32采用竹蔑搭接、缝合或编织在衬布上，每层厚度0.2～2.0mm，竹蔑条带的宽度为10～
500mm，核心混凝土1填充于钢管2的内部，外防护层4粘结于竹材复合层3的外壁，外防护层4
采用水泥基复合材料、树脂基复合材料、沥青基复合材料中的一种。
所述的纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层
或1层以上，纵向竹蔑条带31的轴线方向沿着竹材-钢复合管的轴线方向，横向竹蔑条带32
的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，各层横向竹蔑
条带32的轴线方向可以相同或不同。
所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。
所述的核心混凝土1为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。
竹材复合层3的制备方法：
(1)将毛竹开成竹蔑，脱脂、清洗、干燥并控制含水率，之后将竹蔑用衬布连接成一
条连续的竹蔑条带，厚度0.2～2.0mm，竹蔑条带宽度10～500mm，连接方式可以为粘接、缝
合、编织等；
(2)将上述竹蔑条带卷成卷，参见附图3，成卷后的竹蔑条带呈圆柱形，竹蔑条带的
竹蔑竹纤维方向为卷制方向；
(3)将竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向沿着竹材-钢复合管的轴线方向铺设，环向缠绕
粘贴即缠绕纵向竹蔑条带31；
(4)将竹蔑条带的竹蔑竹纤维方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度
在-30°至30°之间缠绕，即缠绕横向竹蔑条带32；
(5)纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32的缠绕层数均不受限制，可为0层、1层或1
层以上；
(6)边缠绕边加入树脂胶，树脂胶由环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种
组成，如此往复，缠绕至设计厚度；
(7)经过固化装置固化，将固化好的管体进行表面打磨和修整即可。
外防护层制备步骤：在增强层的外表面涂刷外防护层4，其采用水泥基复合材料、
树脂基复合材料、沥青基复合材料中的一种。
实施例一：
如图1，本发明给出的一种竹材-钢复合管混凝土组合结构的圆形横截面结构示意
图，该结构包括核心混凝土1、钢管2、竹材复合层3、外防护层4，其中，竹材复合层3由纵向竹
蔑条带31和横向竹蔑条带32通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的外壁形成，竹篾
条带采用纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32相组合的缠绕方式进行缠绕，先进行纵向竹蔑
条带31的缠绕，缠绕一层，接着进行横向竹蔑条带32的缠绕，缠绕层数为一层，横向竹蔑条
带32的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，最后，在
竹材复合层3外表面涂覆外防护层4，核心混凝土1填充于管体的内部。
实施例二：
如图2，本发明给出的一种竹材-钢复合管混凝土组合结构的椭圆形横截面结构示
意图，该结构包括核心混凝土1、钢管2、竹材复合层3、外防护层4，其中，竹材复合层3由纵向
竹蔑条带31和横向竹蔑条带32通过树脂胶分层连续均匀缠绕粘贴于钢管2的外壁形成，竹
篾条带采用纵向竹蔑条带31和横向竹蔑条带32相组合的缠绕方式进行缠绕，先进行纵向竹
蔑条带31的缠绕，缠绕一层，接着进行横向竹蔑条带32的缠绕，缠绕层数为一层，横向竹蔑
条带32的轴线方向与竹材-钢复合管的轴线垂直方向之间的角度在-30°至30°之间，最后，
在竹材复合层3外表面涂覆外防护层4，核心混凝土1填充于管体的内部。
本发明与已有的钢管混凝土结构、FRP-钢复合管混凝土结构相比，在提高结构性
能的同时，充分利用了我国的竹子资源，最大限度的发挥竹材内压比强度高、韧性好、纵向
拉伸强度高、耐腐蚀等材性优势，制造过程各个环节是“绿色”的、对环境友好的，推动可持
续发展，符合建设“资源节约型”、“环境友好型”的国家政策要求，同时，对于盘活中国竹林
资源，发展生态林业、民生林业，解决“三农”问题具有现实意义。