一種竹材－鋼復合管混凝土組合結構的制作方法

本發明屬于土木建筑結構技術領域，具體涉及一種混凝土組合結構，尤其是一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構。

背景技術：

多年來國內外學者對鋼管混凝土結構進行了大量的研究與應用，混凝土與鋼管一起承壓可以說是最完美的組合，可以堪稱充分發揮各自特色的典范，同時具有優異的延性特征。然而也認識到鋼管混凝土結構具有以下缺陷與不足：當鋼管混凝土柱所受荷載較大時，構件截面依然會比較大，此時需要壁厚較厚的鋼管以提供給混凝土足夠的緊箍力。因此，用鋼量依然偏大，并且大直徑、厚壁銅管的供貨渠道不多，如果采用雙層鋼管，則施工難度較大，如果采用高強鋼管，則造價較高。此外，鋼管長期暴露在酸雨、海水等腐蝕性介質中容易銹蝕，耐久性降低，導致鋼管混凝土結構的承載力顯著下降。

針對以上結構，研究者也在不斷開發新的結構形式，力求克服鋼管混凝土的缺點與不足。如中國專利第“201020617258.3”號，公開了一種“一種FRP-鋼復合管混凝土柱”，該結構最外層為FRP-鋼復合管，FRP-鋼復合管內填充有混凝土，該結構雖然克服了鋼管混凝土結構一些缺點，但該結構中所使用的FRP為玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料、玄武巖纖維增強塑料、芳綸纖維增強塑料或四種纖維混雜增強塑料中的一種，這些增強材料為高能耗的纖維增強塑料，消耗了大量寶貴的石油資源，產品及廢料不可回收。

本發明提供一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構，以克服現有技術中存在的缺陷，滿足工程的應用需要。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構，以期解決提升鋼管混凝土結構的性能，提高結構的受力性能和抗震性能，在潮濕、鹽堿地等惡劣環境中具有良好的耐久性等優點，同時，此結構充分利用了我國竹子資源，低碳環保，資源可再生，推動可持續發展。此結構適用于新建結構中的樁、柱、橋墩、拱肋，以及現有鋼管混凝土結構的構件加固。

為此，本發明提供一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構，該結構包括核心混凝土、鋼管、竹材復合層、外防護層，其中，竹材復合層由縱向竹蔑條帶和橫向竹蔑條帶通過樹脂膠分層連續均勻纏繞粘貼于鋼管的外壁形成，縱向竹蔑條帶和橫向竹蔑條帶采用竹蔑搭接、縫合或編織在襯布上，每層厚度0.2～2.0mm，竹蔑條帶的寬度為10～500mm，核心混凝土填充于鋼管的內部，外防護層粘結于竹材復合層的外壁，外防護層采用水泥基復合材料、樹脂基復合材料、瀝青基復合材料中的一種，外防護層為竹材復合層提供進一步增強和防護。

所述的縱向竹蔑條帶和橫向竹蔑條帶的纏繞層數均不受限制，可為0層、1層或1層以上，縱向竹蔑條帶的軸線方向沿著竹材-鋼復合管的軸線方向，橫向竹蔑條帶的軸線方向與竹材-鋼復合管的軸線垂直方向之間的角度在-30°至30°之間，各層橫向竹蔑條帶的軸線方向可以相同或不同，縱向竹蔑條帶為結構提供縱向抗彎承載力，橫向竹蔑條帶為核心混凝土和鋼管提供增強約束，延緩、推遲鋼管的局部屈曲，減緩鋼管混凝土構件的承載力退化過程。

所述的樹脂膠為環氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。

所述的核心混凝土為自密實微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

本發明克服了公知的鋼管混凝土結構所存在的不足，延緩、推遲鋼管的局部屈曲，提高了結構承載力和抗變形能力，耐久性好，同時，成本低、綠色環保、資源可再生、節能減排效果顯著，經濟效益可觀。具體有益效果如下：

(1)本發明結構是由竹材、鋼管和混凝土三種不同材料構成的組合結構，可以充分發揮構成材料各自的特性：混凝土在三向軸壓應力狀態下的承載能力；竹材復合層對鋼管和核心混凝土持續的環向約束作用；鋼管的彈塑性使結構具有良好的軸壓延性。

(2)本發明結構中的竹材具有優異的拉伸性能，在鋼管外表面纏繞竹材，不但可以減少鋼管的用鋼量，還可以抑制鋼管在軸壓過程中產生的局部屈曲，同時又可以作為鋼管的保護層，提高結構的耐久性。

(3)本發明中的竹材-鋼復合管具有較大的軸向剛度，使結構在澆筑混凝土前具有一定的軸向承載能力，可以直接作為混凝土澆注時的模板使用，節省了模板的制作費用，縮短了建設工期。

(4)本發明充分利用了傳統材料——竹子，竹子作為一種可再生的、環保的資源，具有質輕、高強度、高剛度、耐腐蝕、價格低廉的特點，本發明最大限度的發揮竹材韌性好、縱向拉伸強度高的材性優勢。

本發明結構，充分利用了混凝土、鋼管、竹材等多種材料的優勢特點，取得了較好的綜合性能，適用于新建結構中的樁、柱、橋墩、拱肋，現有鋼管混凝土結構的構件加固。

附圖說明：

圖1為一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構的圓形橫截面結構示意圖；

圖2為一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構的橢圓形橫截面結構示意圖；

圖3為一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構中縱向竹蔑條帶示意圖；

圖4為一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構中橫向竹蔑條帶示意圖；

在附圖1～附圖4中，1為核心混凝土、2為鋼管、3為竹材復合層、4為外防護層、31為縱向竹蔑條帶、32為橫向竹蔑條帶。

具體實施方式：

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。本發明提供一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構，該結構包括核心混凝土1、鋼管2、竹材復合層3、外防護層4，其中，竹材復合層3由縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32通過樹脂膠分層連續均勻纏繞粘貼于鋼管2的外壁形成，縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32采用竹蔑搭接、縫合或編織在襯布上，每層厚度0.2～2.0mm，竹蔑條帶的寬度為10～500mm，核心混凝土1填充于鋼管2的內部，外防護層4粘結于竹材復合層3的外壁，外防護層4采用水泥基復合材料、樹脂基復合材料、瀝青基復合材料中的一種。

所述的縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32的纏繞層數均不受限制，可為0層、1層或1層以上，縱向竹蔑條帶31的軸線方向沿著竹材-鋼復合管的軸線方向，橫向竹蔑條帶32的軸線方向與竹材-鋼復合管的軸線垂直方向之間的角度在-30°至30°之間，各層橫向竹蔑條帶32的軸線方向可以相同或不同。

所述的樹脂膠為環氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。

所述的核心混凝土1為自密實微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

竹材復合層3的制備方法：

(1)將毛竹開成竹蔑，脫脂、清洗、干燥并控制含水率，之后將竹蔑用襯布連接成一條連續的竹蔑條帶，厚度0.2～2.0mm，竹蔑條帶寬度10～500mm，連接方式可以為粘接、縫合、編織等；

(2)將上述竹蔑條帶卷成卷，參見附圖3，成卷后的竹蔑條帶呈圓柱形，竹蔑條帶的竹蔑竹纖維方向為卷制方向；

(3)將竹蔑條帶的竹蔑竹纖維方向沿著竹材-鋼復合管的軸線方向鋪設，環向纏繞粘貼即纏繞縱向竹蔑條帶31；

(4)將竹蔑條帶的竹蔑竹纖維方向與竹材-鋼復合管的軸線垂直方向之間的角度在-30°至30°之間纏繞，即纏繞橫向竹蔑條帶32；

(5)縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32的纏繞層數均不受限制，可為0層、1層或1層以上；

(6)邊纏繞邊加入樹脂膠，樹脂膠由環氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種組成，如此往復，纏繞至設計厚度；

(7)經過固化裝置固化，將固化好的管體進行表面打磨和修整即可。

外防護層制備步驟：在增強層的外表面涂刷外防護層4，其采用水泥基復合材料、樹脂基復合材料、瀝青基復合材料中的一種。

實施例一：

如圖1，本發明給出的一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構的圓形橫截面結構示意圖，該結構包括核心混凝土1、鋼管2、竹材復合層3、外防護層4，其中，竹材復合層3由縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32通過樹脂膠分層連續均勻纏繞粘貼于鋼管2的外壁形成，竹篾條帶采用縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32相組合的纏繞方式進行纏繞，先進行縱向竹蔑條帶31的纏繞，纏繞一層，接著進行橫向竹蔑條帶32的纏繞，纏繞層數為一層，橫向竹蔑條帶32的軸線方向與竹材-鋼復合管的軸線垂直方向之間的角度在-30°至30°之間，最后，在竹材復合層3外表面涂覆外防護層4，核心混凝土1填充于管體的內部。

實施例二：

如圖2，本發明給出的一種竹材-鋼復合管混凝土組合結構的橢圓形橫截面結構示意圖，該結構包括核心混凝土1、鋼管2、竹材復合層3、外防護層4，其中，竹材復合層3由縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32通過樹脂膠分層連續均勻纏繞粘貼于鋼管2的外壁形成，竹篾條帶采用縱向竹蔑條帶31和橫向竹蔑條帶32相組合的纏繞方式進行纏繞，先進行縱向竹蔑條帶31的纏繞，纏繞一層，接著進行橫向竹蔑條帶32的纏繞，纏繞層數為一層，橫向竹蔑條帶32的軸線方向與竹材-鋼復合管的軸線垂直方向之間的角度在-30°至30°之間，最后，在竹材復合層3外表面涂覆外防護層4，核心混凝土1填充于管體的內部。

本發明與已有的鋼管混凝土結構、FRP-鋼復合管混凝土結構相比，在提高結構性能的同時，充分利用了我國的竹子資源，最大限度的發揮竹材內壓比強度高、韌性好、縱向拉伸強度高、耐腐蝕等材性優勢，制造過程各個環節是“綠色”的、對環境友好的，推動可持續發展，符合建設“資源節約型”、“環境友好型”的國家政策要求，同時，對于盤活中國竹林資源，發展生態林業、民生林業，解決“三農”問題具有現實意義。