一種預應力玄武巖纖維板組合木梁的制作方法
【專利摘要】一種預應力玄武巖纖維板組合木梁，包括木板和玄武巖纖維板，復合梁的同層木板之間沿木板的長度方向拼接成一體，沿木板的厚度方向上下相鄰的兩層木板的拼接處需錯開，拼接處外裹粘接有玄武巖纖維布，玄武巖纖維板沿復合梁的長度方向通長設置，粘接于復合梁的最外側木板的兩側，分別為木板內側的第一玄武巖纖維板和木板外側的第二玄武巖纖維板，第二玄武巖纖維板為施加了預應力的加強板。本實用新型解決了傳統木結構施工中整根木材用量大，成本較高，普通長度和普通徑級的短木材料利用率較低，容易造成極大的材料浪費，木材的使用不合理的技術問題。
【專利說明】一種預應力玄武巖纖維板組合木梁
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種建筑工程用的組合木梁，特別是一種應用預應力玄武巖纖維板組合的木梁。
【背景技術】
[0002]如今，世界性的森林資源正在逐漸減少已經是不爭的事實，木材供應的趨勢也日趨緊張。目前的建筑施工中為了保證木結構中的木梁能夠達到設計要求，通常會選用截面面積較大的整根木材，造成木材用量大，對木材的資源造成極大的浪費，成本高昂。
[0003]木結構施工中，普通長度和普通徑級的短木材料通常被做為木楞、墊板、模板等輔助型構件，無法做為承擔應力的主要結構構件，利用率較低，容易造成極大的材料浪費，木材的使用不合理。
[0004]玄武巖纖維材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,簡稱BFRP),玄武巖纖維布和玄武纖維板都具有幾何可塑性大、輕薄、易剪裁成型等優點，非常適用于傳統木構件表面粘貼，有利于玄武巖纖維材料高強特點的發揮，在較大幅度提高承載力的同時可降低工程造價。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種預應力玄武巖纖維板組合木梁，要解決傳統木結構施工中整根木材用量大，成本較高的技術問題，還要解決普通長度和普通徑級的短木材料利用率較低，造成極大的材料浪費，木材的使用不合理的技術問題。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]—種預應力玄武巖纖維板組合木梁，是多層板材粘接而成的復合梁，包括木板和玄武巖纖維板，所述復合梁的同層木板之間沿木板的長度方向拼接成一體，沿木板的厚度方向上下相鄰的兩層木板的拼接處需錯開，拼接處外裹粘接有玄武巖纖維布。
[0008]所述玄武巖纖維板沿復合梁的長度方向通長設置，粘接于復合梁的最外側木板的兩側，分別為木板內側的第一玄武巖纖維板和木板外側的第二玄武巖纖維板。
[0009]所述第二玄武巖纖維板為施加了預應力的加強板。
[0010]所述復合梁的同層的木板之間沿長度方向均通過端部設置的榫齒進行拼接，齒縫處還涂滿有粘結膠加強連接。
[0011]與現有技術相比本實用新型具有以下特點和有益效果:
[0012]本實用新型的預應力玄武巖纖維板組合木梁采用將多段、多層普通長度、普通徑級的木板拼接并與新型輕質高強玄武巖纖維材料復合形成組合大跨梁，有效利用了原本無法利用的短木材料，使得對木材的使用更加充分合理。對受拉區最外側玄武巖纖維板施加預應力，提高了組合木梁的承載能力和抗彎剛度，減小梁的撓度變形，更好地實現大跨度，有效發揮了新材料玄武巖纖維輕質高強的優點，滿足建筑結構對大跨度木梁的需求，在古舊建筑改造以及新建木結構中均具有廣闊的應用前景，有效地節約了資源。
[0013]本實用新型的預應力玄武巖纖維板組合木梁承載力高、跨度大、制作方便，既適用于既有建筑改造更換木構架，也適用于新建木結構，具有客觀的經濟效益、同時還具有良好的環保效益、社會效益。
[0014]本實用新型的預應力玄武巖纖維板組合木梁在持載的情況下進行預彎，于組合木梁的受壓面上膠貼玄武巖纖維材料，使得其與組合木梁共同工作，利用梁的回彈產生預拉力，預應力施加精度容易控制，制備方法簡單易行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0016]圖1是本實用新型沿板材長度方向的榫齒連接的俯視結構示意圖。
[0017]圖2是本實用新型沿板材長度方向拼接粘接后的俯視結構示意圖。
[0018]圖3是圖2的側視結構示意圖。
[0019]圖4是本實用新型沿板材厚度方向的側視結構示意圖。
[0020]圖5是圖4的A處局部放大圖。
[0021]圖6是本實用新型施工方法中步驟六完成后多層復合板的結構示意圖。
[0022]圖7是本實用新型施工方法中步驟七的示意圖。
[0023]圖8是本實用新型施工方法中步驟八的示意圖。
[0024]圖9是本實用新型施工方法中步驟十完成后的示意圖。
[0025]附圖標記:1 一木板、1.1 一最外側木板、2 —玄武巖纖維板、2.1 一第一玄武巖纖維板、2.2 一第二玄武巖纖維板、3 —榫齒、4 一粘結膠、5 —玄武巖纖維布、6 —荷載、7 —支座、8 一多層復合板。
【具體實施方式】
[0026]實施例參見圖1?2所示，一種預應力玄武巖纖維板組合木梁，是多層板材粘接而成的復合梁，包括木板I和玄武巖纖維板2，所述復合梁的同層木板之間沿木板的長度方向拼接成一體，沿木板的厚度方向上下相鄰的兩層木板通過粘結膠進行拼接，拼接處需錯開，參見圖3所示，拼接處外裹粘接有玄武巖纖維布5。
[0027]參見圖4?5所示，所述玄武巖纖維板2沿復合梁的長度方向通長設置，粘接于復合梁的最外側木板1.1的兩側，分別為木板內側的第一玄武巖纖維板2.1和木板外側的第二玄武巖纖維板2.2，
[0028]所述第二玄武巖纖維板2.2為施加了預應力的加強板。
[0029]參見圖1所示，所述復合梁的同層的木板I之間沿長度方向均通過端部設置的榫齒3進行拼接，參見圖2所示，齒縫處還涂滿有粘結膠4加強連接。
[0030]一種預應力玄武巖纖維板組合木梁的制備方法，采用預彎法，制備步驟如下:
[0031]步驟一、將每段木板的端部開榫齒3。
[0032]步驟二、在榫齒3上涂滿粘結膠4，并沿木板的長度方向對相鄰的兩塊木板的榫齒進行拼接和粘接，使多段木板連接為一層木板。
[0033]步驟三、在榫齒拼接處外裹粘接玄武巖纖維布5，上下相鄰的兩層木板的榫齒拼接處錯開，以避免薄弱連接區重合。
[0034]步驟四、沿厚度方向將多層木板通過粘結膠4進行由下至上的復合粘接，直至上側倒數第二層木板。
[0035]步驟五、在上側倒數第二層的上表面涂粘結膠4并粘接第一玄武巖纖維板2.1。
[0036]步驟六、在第一玄武巖纖維板2.1的上表面涂粘結膠4并粘接最外側木板1.1，成為多層復合板8 ;完成后的結構參見圖6所示。
[0037]步驟七、參見圖7所示，將多層復合板8的兩端分別固定在支座7上，對多層復合板8的跨中部位施加垂直向下的荷載6，荷載施加部位可設置在多層復合板8的下表面跨中，使用千斤頂進行加載，使得多層復合板產生預變形。
[0038]步驟八、參見圖8所示，在持載的情況下，在多層復合板的上表面涂粘結膠4并粘接第二玄武巖纖維板2.2形成復合梁。
[0039]步驟九、在自然條件下養護，直至第二玄武巖纖維板2.2與多層復合板8可以共同工作后釋放荷載，利用復合梁的回彈產生預拉力。
[0040]步驟十、參見圖9所示，將復合梁倒轉180度使受拉區向下，形成預應力玄武巖纖維板組合木梁。
[0041]本實用新型中，最外側木板1.1的兩側分別膠貼玄武巖纖維板2形成組合木梁的受拉區；受拉區膠粘玄武巖纖維板2的目的是為了提高組合木梁抗彎能力及整體剛度。
[0042]制備過程中，也可以于步驟七中先在多層復合板8上表面跨中區域先涂滿粘結膠4，點粘第二玄武巖纖維板2.2，達到粘接強度后進行加載，然后在持載的情況下，在多層復合板8的上表面上跨中區域以外部位涂粘結膠4，完全粘貼第二玄武巖纖維板2.2，接著再進行步驟九。
[0043]本實用新型附圖中以5層木板，2層玄武巖纖維板為例說明，實際應用中預應力玄武巖纖維板組合木梁厚度方向木板的層數取決于梁的厚度尺寸，梁的厚度尺寸取決于梁的長度(跨度)，一般取梁的長度的1/15到1/20。
[0044]本實用新型中粘結膠可使用環氧樹脂膠。
[0045]本實用新型采用了兩個方向的組合方式，
[0046]沿梁的長度方向的組合方式:
[0047]對于大跨度木梁，由于待拼接木材為多段普通長度、普通徑級的板材，其長度較短，縱向需拼接，拼接方式采取榫齒連接方式，在受拉區為提高拼接節點的抗拉能力，用玄武巖纖維布裹敷加強。
[0048]沿梁的厚度方向的組合方式:
[0049]組合木梁用若干個按前述長度組合方式已拼接好的木板材沿厚度方向組坯，為了提高受拉區的膠結木板的抗拉能力及整體受力性能，分別選擇在受拉區次一層及最底層膠貼一層玄武巖纖維板。另外為了提高木梁整體受力性能，橫向相鄰板的接頭需錯縫。
[0050]預彎法施加預應力:
[0051]預彎法的原理為:將木梁構件固定在兩端支座上，利用加載設備對構件跨中下表面施加垂直向下荷載。使構件產生一定的預變形。在持載的情況下，將玄武巖纖維板粘貼在受壓面上。自然條件下養護至增強材料同構件可以共同工作，釋放荷載，利用梁的回彈產生預拉力。最后將梁倒轉180度，形成預應力梁構件。該方法不僅施工簡單，而且預應力施加精度控制較好。由于預彎的方式相當于給木梁一個與預定外荷載方向相反的預應力主彎矩。使木梁受壓區纖維先受拉，受拉區纖維先受壓，由玄武巖纖維板張拉和木梁受壓彎形成一個內力平衡體系，從而有效地發揮了高強玄武巖纖維板的強度，能夠提高構件的極限承載力和抗彎剛度，減少了木梁的變形。特別是對于玄武巖纖維板，由于常用木材的極限拉應變僅在<左右，而玄武巖纖維材料的極限應變在=18000//左右，極限應變相差較大，如不施加預應力則受拉區木纖維拉斷，玄武巖纖維仍沒有完全發揮作用。如果能夠在玄武巖纖維板與受拉區木纖維之間建立應變相位差Λ?: +二 ￡*.— ￡:,則在木梁受彎破壞時，兩者同時達到了極限應變，完全發揮了材料的強度，因此也是最經濟的。
[0052]我國現存有大量木結構歷史建筑，如殿堂、閣樓、民居、戲樓、寺廟、佛塔、橋梁等。它們是中華民族文化的重要組成部分，是我國乃至世界的寶貴財富，具有很高的歷史、文化、藝術和科學價值，這些木結構歷史建筑的使用年代久遠，且大都飽經滄桑。環境因素和木材自身的材性缺陷，均使得構件承載能力逐漸減退，易出現彎曲、裂縫、斷裂等現象，為保證其正常使用，需要對其進行相應地維護和修復。使這些國家瑰寶不致遭受嚴重破壞、甚至倒塌，更好地完整地保存下去。
[0053]另外，為更好地傳承弘揚中華民族文化，新建木結構仿古建筑越來越多。同時，木結構建筑具有親近自然、舒適耐久、抗震安全、設計靈活、施工周期短等特性，更以節能、生態、環保而著稱。木結構建筑在裝配式住宅、建筑節能、建筑抗震方面有著無可比擬的巨大優勢，符合國家低碳建筑的產業政策。在全球倡導低碳環保的大背景下，中國綠色建筑的發展已成為一種大趨勢，現代木結構建筑以及與之相關的木產業走上前臺。
[0054]本實用新型預應力玄武巖纖維板組合木梁為歷史建筑木結構的加固維修、新建木結構仿古建筑和現代木結構建筑提供了一種更為經濟合理有效的技術方法，可有效的保護歷史建筑木結構，以保護文化遺產，發展文化旅游產業，促進現代木結構建筑發展，促進綠色建筑的發展，促進經濟發展，具有顯著的經濟效益和社會效益。
[0055]本實用新型在工程上的應用表現在:
[0056]一、某實驗工程中對古建筑群落的修繕保護
[0057]為了對該實驗工程中的古建筑群落進行修繕保護，對其木構架進行了抗震性能分析與加固修復設計。全面分析了該古建筑木構架的結構特性，對其結構損傷情況進行了檢測鑒定，分析了該損傷木結構的抗震性能。在此基礎上采用玄武巖纖維板組合木梁對損傷的木梁、節點等進行加固修復。
[0058]二、某實驗工程古建筑木構架加固修復
[0059]該實驗工程的大量木梁構件存在腐朽、蟲蛀、開裂及節點榫卯松動等損傷，嚴重影響建筑物正常使用，存在較大安全隱患。實驗當地缺乏可用的原尺寸木梁，需要從外地購進，造成工期長，費用很高。經設計分析，采用預應力玄武巖纖維板組合木梁，對損傷木梁進行了替換，滿足了加固要求，節約了大量費用，取得了顯著的經濟社會效益。
[0060]三、某實驗工程木結構古民居建筑群落修繕
[0061]該實驗工程的木結構古民居建筑群落由于歷史長期自然環境的侵蝕又缺乏維修，存在較大的安全隱患，已嚴重影響建筑物的正常使用。對該建筑群落木結構損傷情況進行了檢測診斷與鑒定，采用玄武巖纖維板組合木梁對損傷的木梁進行了替換，采用玄武巖纖維布加固技術對損傷的木柱、節點等進行加固，并進行有限元分析，得到相應結構的地震反應，分析損傷木結構加固前后的抗震性能。
[0062]四、某實驗工程古戲樓木構架保護和修繕
[0063]該實驗工程全面分析了古戲樓木構架的結構特性，研究其地基及臺基、柱腳節點、柱架的側腳和生起、鋪作層等構造做法的隔震、耗能減震情況；對其結構損傷情況進行了檢測鑒定，地震波輸入天津波及埃而森特羅波，對其進行有限元分析，得到相應結構的地震反應，分析了該損傷木結構的抗震性能；在此基礎上采用玄武巖纖維板組合木梁對損傷的木梁進行了替換，對節點等進行加固修復。
[0064]通過多個實驗工程，預應力玄武巖纖維板組合木梁為歷史建筑木結構的加固維修、新建木結構仿古建筑和現代木結構建筑提供了一種更為經濟合理有效的技術方法，不但提高了結構的承載能力及抗震性能，還增強了結構的耐腐蝕能力和耐久性，計算方法簡單，施工簡便，在我國的木結構建筑中具有良好的推廣應用價值。
【權利要求】
1.一種預應力玄武巖纖維板組合木梁，是多層板材粘接而成的復合梁，其特征在于:包括木板(I)和玄武巖纖維板(2)，所述復合梁的同層木板之間沿木板的長度方向拼接成一體，沿木板的厚度方向上下相鄰的兩層木板的拼接處需錯開，拼接處外裹粘接有玄武巖纖維布(5)， 所述玄武巖纖維板(2)沿復合梁的長度方向通長設置，粘接于復合梁的最外側木板(1.1)的兩側，分別為木板內側的第一玄武巖纖維板(2.1)和木板外側的第二玄武巖纖維板(2.2)， 所述第二玄武巖纖維板(2.2)為施加了預應力的加強板。
2.根據權利要求1所述的一種預應力玄武巖纖維板組合木梁，其特征在于:所述復合梁的同層的木板(I)之間沿長度方向均通過端部設置的榫齒(3)進行拼接，齒縫處還涂滿有粘結膠(4)加強連接。
【文檔編號】B32B3/06GK204001420SQ201420439603
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】麻建鎖, 蔡煥琴, 白潤山, 李志強 申請人:河北建筑工程學院