防火工字型高強竹集成材梁及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種可應用于建筑工程結構及橋梁結構的防火工字型高強竹集成材梁及制備方法，屬于工程技術領域。
【背景技術】
[0002]環境與資源問題已迫在眉睫，尋求合適的生物質可再生結構材料是當代土木工程領域的一個新方向，我國是世界上最主要的產竹國，素有“竹子王國”之譽。竹材的短周期、高強、高產，讓人們有了 “以竹代木”的想法。原竹的薄壁、尖削度大等特點，及市場對竹材的需求、要求日益升高，促進了工業竹的發展。
[0003]目前工業竹主要用在裝修、裝飾材料、生活用品等領域，很多學者都在積極探索如何將工業竹大量用在建筑結構領域，克服工業竹耐火性能差、耐久性需提高等缺陷，竹集成材是其中的一種工業竹產品，是由原竹經剖篾加工、低溫干燥，浸膠、組坯、加壓、固化、砂光平整、裁邊、指接等多種工藝制成的一種力學性能優異的竹質復合材料，經過近30年的研究與發展，其生產工藝已經標準化。
[0004]目前生產的竹集成材縱向(順纖維方向)抗拉強度和抗壓強度分別可達100?120MPa和50?60MPa，彈性模量可達11000~1200010^;其力學性能和阻燃性均優于木材，環保指標已達歐洲El級標準，因此，竹集成材可以滿足現代建筑結構對材料的力學、環保等方面的性能要求，研究表明，竹集成材結構在節能環保、工業化生產、裝配式施工等方面有著傳統材料不可替代的優勢。但竹基復合材料屬于易燃性材料，應用受到消防規范限制。
[0005]然而現階段我國竹木結構設計理論不完善，設計手段落后，在可持續發展的引領下，日益緊缺勞動力的形勢下，發展裝配式、工廠標準化生產的竹結構建筑，非常有意義，因此依據現代結構分析技術與結構設計原理進行裝配式竹結構分析與設計是十分必要的。
[0006]目前以混凝土和鋼材為主要原料的裝配式結構，其缺點有以下幾點:(I)自重較大；(2)運輸不便；(3)構件尺寸根據設計需要確定，不具有通用性，不利于標準化生產；(4)能耗高、污染大，成本相對較高;本發明能有效改善以上狀況。
【發明內容】
[0007]本發明提出的是一種防火工字型高強竹集成材梁及制備方法，其目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，該梁可以提供足夠的強度(即承載力)與剛度(即變形)，滿足工程設計要求，并且具有自重小、綠色環保、可再生、可降解、低能耗、低污染、可標準化生產等特點，同時外涂無溶劑防火涂層，提高構件耐火性能、拓寬其應用范圍，打破消防規范限制。
[0008]本發明的技術解決方案:防火工字型高強竹集成材梁，其結構包括高強竹集成材上翼緣1、高強竹集成材下翼緣2、高強竹集成材腹板3、抗剪竹螺絲竹銷5，其中高強竹集成材上翼緣I與高強竹集成材腹板3的上部通過A卡槽4、A抗剪竹螺絲竹銷5連接，高強竹集成材下翼緣2與高強竹集成材腹板3的下部通過B卡槽4、B抗剪竹螺絲竹銷5連接;梁外涂防火無溶劑環保涂層;工作時，防火工字型高強竹集成材梁受到荷載作用，高強竹集成材上翼緣I首先受壓，梁發生彎曲，繼而高強竹集成材下翼緣受到拉伸作用；同時，連接翼緣與腹板的卡槽、抗剪竹螺絲竹銷提供了足以滿足抗拔與抗剪的承載力，通過高強竹集成材的上、下翼緣與高強竹集成材腹板3的連接構成了具有承載能力與變形能力的梁。
[0009]防火工字型高強竹集成材梁的制備方法，包括如下步驟:
(1)將各部件裝配在一起；
(2)制作高強竹集成材翼緣；
(3 )高強竹集成材腹板制作；
(4)抗剪竹螺絲竹銷制作；
(5)腹板與翼緣的連接組合；
(6)外涂防火無溶劑環保涂層。
[0010]本發明的優點:
1)采用高強竹集成材生物質材料和無溶劑防火涂層制作防火工字型梁，在保證梁承載力與變形能力的基礎上，充分利用了我國天然竹資源，低能耗、污染小，減輕了建筑生產對環境的負荷；
2)翼緣構型可采用生產線標準化尺寸，梁的高度可根據受力情況通過腹板高度調整，因此，這種形式的梁既便于標準化生產，可滿足裝配式結構，也可滿足建筑多樣性的需求；
3)翼緣與腹板采用卡槽及竹螺絲竹銷連接件連接，工藝簡單，連接可靠，質量易控制；
4)梁的截面采用工字型截面，充分利用了工字型截面抵抗矩大、高強竹集成材拉、壓強度高的特點，提高了梁承載效率，節省了大量材料，也減輕了構件自身重量，竹集成材的容重僅為混凝土容重的三分之一左右，而工字型截面還更節約材料，所以次梁自重很小，有利于抗震、節能，因竹集成材為易燃材料，應用受到消防限制，因此外涂無溶劑防火涂層，提高構件耐火性能，打破消防規范限制。
【附圖說明】
[0011 ]附圖1是防火工字型高強竹集成材梁示意圖。
[0012]附圖中的I是防火工字型高強竹集成材梁上翼緣(中間帶卡槽4)，2是防火工字型高強竹集成材梁下翼緣(中間帶卡槽4)，3是高強竹集成材腹板，4是卡槽，5是低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖進一步描述本發明的技術解決方案:
防火工字型高強竹集成材梁，其結構包括高強竹集成材上翼緣1、高強竹集成材下翼緣
2、高強竹集成材腹板3、低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷5，其中高強竹集成材上翼緣I與高強竹集成材腹板3的上部通過A卡槽4、A抗剪竹螺絲竹銷5連接，高強竹集成材下翼緣2與高強竹集成材腹板3的下部通過B卡槽4、B抗剪竹螺絲竹銷5連接;梁外涂防火無溶劑環保涂層;工作時，防火工字型高強竹集成材梁受到荷載作用，工字型高強竹集成材梁上翼緣I首先受壓，梁發生彎曲，繼而高強竹集成材下翼緣受到拉伸作用；同時，連接翼緣與腹板的卡槽、抗剪竹螺絲竹銷提供足以滿足抗拔與抗剪的承載力，將高強竹集成材的上、下翼緣與高強竹集成材腹板3連接成具有承載能力與變形能力的梁。
[0014]所述的A、B卡槽與A、B低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷是對應設置的，其中A卡槽4設在高強竹集成材上翼緣I的中間，B卡槽4設在高強竹集成材下翼緣2中間，高強竹集成材上翼緣I與高強竹集成材下翼緣2的厚度采用定型尺寸，工字型高強竹集成材梁的高度可根據受力情況通過高強竹集成材腹板3的高度調整。
[0015]防火工字型高強竹集成材梁的制備方法，包括如下步驟:
(1)防火工字型高強竹集成材梁所有的部件即高強竹集成材上翼緣1、高強竹集成材下翼緣2和高強竹集成材腹板3通過B低密度竹集成材抗剪竹螺絲竹銷5裝配在一起，同時外涂防火無溶劑環保涂層，提高結構構件耐火性能，工字型高強竹集成材梁的長度、寬度由設計要求確定，工字型高強竹集成材梁的高度根據受力情況通過腹板高度調整；
(2)高強竹集成材翼緣，其制作步驟，包括
1)采用高強竹集成材，其竹齡4年的原竹，截成2.55米符合壓機的長度；
2)剖成25_左右寬度的竹片，剔除竹節、竹青、竹黃，加工成Imm左右厚度的竹篾，經干燥到含水率不超過12%;
3)選用酚醛樹脂膠浸膠，瀝膠后再次干燥到含水率為10%?12%;
4)組坯、熱壓，熱壓溫度為130°C-140°C,壓力不低于3MPa ；
5)以每毫米2分鐘的速度進行固化而制成高強竹集成材；
6)經過砂光平整、裁邊、指接等加工成規定尺寸的構件，翼緣的長度、寬度根據設計要求確定，厚度采用定型尺寸且不小于梁高度的1/10;
(3)高強竹集成材腹板，制作與高強竹集成材翼緣相同，腹板的長度、厚度根據設計要求確定，高度根據受力情況確定；
上述步驟(2)、(3)中的高強竹集成材是指順紋抗拉強度不低于lOOMPa，順紋抗壓強度不低于50MPa，順紋彈性模量不低于I 100MPa，順紋抗剪強度不低于12MPa，含水率不大于12%；
(4 )低密度竹集成材梁中的抗剪竹螺絲竹銷，其制作步驟，包括
I)采用低密度竹集成材制作帶螺紋的竹螺絲竹銷；
2)采用竹齡4年左右的原竹，截成2.55米長度，符合壓機的長度；
3)剖成25_左右寬度的竹片，剔除竹節、竹青、竹黃，加工成Imm左右厚度的竹篾，經干燥到含水率不超過12%;
4)選用酚醛樹脂膠浸膠，瀝膠后二次干燥到含水率為10%?12%;
5)組坯、熱壓，熱壓溫度為120°0130 °C，壓力不低于2MPa ；
6 )以每毫米2分鐘的速度進行固化而制成高強竹集成材，再經過砂光平整、裁邊、指接加工成規定尺寸的構件；
7)抗剪竹螺絲竹銷5內直徑d為10?15mm，螺紋外直徑D為15?20mm，銷釘間距不小于螺釘直徑D的5倍，且不大于150mm，竹銷設置宜細而密，不宜粗而疏;腹板與高強竹集