專利名稱：全復合材料格構樁柱的成形方法
技術領域：
本發明涉及一種全復合材料組合樁柱的制備方法，尤其是一種全部利用復合材料 制造的耐腐蝕性能好、重量輕、強度高的基礎樁柱的制備方法，它可用于海洋環境中土木工 程結構領域的墩柱、管樁基礎、碼頭自浮式靠船墩體系以及可用作搶修搶建工程的墩柱以 及電線桿、風力發電、高壓輸電支撐件，具體地說是一種全復合材料格構樁柱的成形方法。
背景技術：
我國傳統結構材料大多采用水泥、鋼材等，為我國城市化進程和大規模基礎設施 建設提供了堅實的物資保證。但是，無論是鋼材還是混凝土，都是一種能源消耗性的材料， 并在相當程度上污染了環境，對環境生態造成一定影響。此外，早期采用鋼材和混凝土建造 的許多工程項目，尤其是大型基礎設施工程項目，由于各種原因出現了影響其耐久性和使 用壽命的問題，大量的養護和加固費用支出使得人們認識到工程結構耐久性的重要性。在 這樣的背景下，從上世紀90年代開始，出于對有限資源的節約和對環境保護意識的不斷 增強，可持續發展成為政府的重要戰略目標，并逐漸形成“可持續性工程”和“綠色工程”的 概念。基于這一目標，開發新型節能、生態環保、高性能結構材料勢在必行。由纖維材料與 基體材料按一定比例混合并經過一定工藝復合形成的高性能新型材料復合材料自從20世 紀40年代問世以來，在航空、航天、船舶、汽車、化工、醫學和機械等領域得到廣泛的應用。近年來，復合材料以其高強、輕質、耐腐蝕等優點，開始在土木與建筑工程結構中 得到應用，并受到工程界的廣泛關注。纖維增強復合材料雖然抗拉強度較高，但同時存在 剛度較低的弱點，且受經濟條件的制約。因此若要實現在土木工程中大規模應用，還需將纖 維增強復合材料與其他材料相結合，通過創新構造與成型工藝提高構件的強度與剛度、降 低成本。
發明內容
本發明的目的是針對現有的復合材料樁柱存在的剛度低，制造復雜的問題，提高 一種剛度高、制備簡單，無需大型設備即可快速成形的全復合材料格構樁柱的成形方法。本發明的技術方案是。一種全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是它包括以下步驟
第一步，根據最終成形的樁柱的形狀，將其分解為若干簡單的柱狀體(如三角形、 梯形、長方形、正方形、扇形或拱形與多邊形等便于加工的形狀)；
第二步，將輕質芯材作加工成與上述分解后的各柱狀體相匹配的形狀并用纖維布 將其表面全部包裹，得到包裹體；
第三步，將各包裹體拼成一個與最終成形的樁柱一致的拼裝體，再用纖維布將拼 裝體包裹形成一個整體；
第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空導 入樹脂浸漬定形，得到以包裹的纖維布為格構體的復合材料格構樁柱。
任意的樁柱截面可分解成若干簡單的柱狀體，當將兩根或兩根以上包裹成整體的 拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空導入樹脂浸漬定形，可得到以縱向包裹的 纖維布為格構體、端面包裹的纖維布為橫隔板的復合材料格構樁柱。所述的纖維布為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維。所述的輕質芯材為泡沫或木材。所述的分解形成的柱狀體的橫截面形狀為三角形、梯形、長方形、正方形、扇形或 拱形與多邊形的組合體。詳述如下
(1)本發明的樁柱結構可由一塊塊形狀簡單的輕質芯材外包一層或多層纖維布組成， 纖維布可以是碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維等，芯材可以是泡沫或木材。任意形 式的截面均可將劃分成形狀簡單的矩形、梯形、三角形等，以便成型。(2)各塊包裹著纖維布的芯材組成八角形、圓形、矩形等截面，并在截面外邊整體 包裹一層或多層纖維布，裝進模具，在模具上開孔進行真空導入，使各芯材與纖維布通過樹 脂浸漬成一體。(3)為了提高構件的整體性，對于較長(如超過2米)的樁柱，將每段包裹纖維布 的一定長度(如1米)芯材按設計要求組成截面，截面外裹纖維布放入模具，真空導入樹脂 后，在每米芯材的分段處形成纖維增強橫隔板。(4)通過真空導入工藝，該構件在芯材與芯材的結合處均形成了格構，提高了構件 的整體性與強度。格構的厚度可根據受力要求設計，通過包裹纖維布的層數與厚度來改變， 截面外表面包裹的纖維布可多于內部芯材包裹的纖維布，以提高截面外表面在腐蝕環境中 的耐久性。(5)該格構樁柱也可設計成具有一定的推拔度，頂部截面小于底部截面，用作電線 桿等產品。若要將該樁柱用作重載承重構件，還可在格構成型之后將芯材取出，以格構作為 混凝土澆注的模板，形成復合材料約束混凝土格構樁柱。本發明的有益效果
1.本發明提出的全復合材料格構樁柱，充分利用了復合材料輕質、高強、耐腐蝕的特 點，以聚氨酯泡沫為芯材的格構樁柱其自重只有混凝土的1/10，鋼的1/36，以泡桐木為芯 材的格構樁柱自重只有混凝土的1/5，鋼的1/17。因此它可用作運輸起重機械難以到達的 山區道路橋梁承重樁柱、電線桿、風力發電支撐桿以及戰時橋梁搶修搶建。2.纖維層可以采用混雜或者單一纖維多角度鋪設，格構層厚度可根據具體的受力 要求進行設計。各塊包裹纖維層的芯材通過真空導入的樹脂浸漬成整體，提高了截面的強 度與剛度。3.本發明提出的制備工藝實施方便，無需大型拉擠設備即可成型各種復雜的截
圖1是利用本發明方法制備的截面呈實心八角形的全復合格構樁柱的示意圖。圖2是圖1的樁柱的縱向剖視圖。
圖3是全部利用三角形拼接體拼接形成的本發明的樁柱的截面示意圖。圖4是本發明的圓形樁柱的斷面示意圖。圖5是本發明的矩形的樁柱的斷面示意圖。圖6是本發明的中空的八角形樁柱的斷面示意圖。圖7是本發明的部分拼裝體的結構示意圖。圖8是與圖1相配的待真空導入的樁柱的方體示意圖。圖9是圖8所示的樁柱成形后的立體結構示意圖。圖10是帶有一度錐度的樁柱結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。實施例一。如圖1、7、8、9 所示。一種八角形全復合材料格構樁柱的成形方法，它包括以下步驟 第一步，根據最終成形的樁柱的形狀，將其分解為由為四個長方體、四 個三角體和一個正方體組成的柱狀體，如圖1所示；
第二步，將輕質芯材2 (泡沫或木材)加工成與上述形狀一致的四個長方體、四個三角 體和一個正方體并用纖維布3 (可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維)將其表面 分別包裹定形共得到九個中間體，各中間體的形狀如圖7所示；
第三步，將前述包裹成形的九個柱狀體拼成一個與最終成形的樁柱一致的拼裝 體，再用纖維布1 (可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維)將拼裝體包裹形成一個 整體，如圖8所示；
第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空導 入環氧樹脂(也可以是聚氨酯樹脂等常用的樹脂)浸漬定形，使環氧樹脂滲入輕質芯材中并 將纖維布固結成形，得到以包裹的纖維布1為格構體的復合材料格構樁柱，如圖9所示。對于長度較長(超過芯材的長度)的樁柱，可將樁柱截面分解成若干簡單的柱狀 體，將兩根或兩根以上包裹成圖8所示的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空 導入樹脂浸漬定形，可得到以縱向包裹的纖維布1為格構體、端面包裹的纖維布為橫隔板4 的復合材料格構樁柱，如圖2所示。本實施例所述的真空導入和浸漬溫度均與現有技術相同。本實施例制備所得的樁柱重量只有普通混凝土構件的1/10，鋼構件的1/36，抗拉 強度與鋼接近，以Balsa輕木為芯材的格構樁柱抗壓強度與C25和C30混凝土的軸心抗壓 強度接近。實施例二。如圖3所示。本實施例與實施例一的區別在于組成八角形的拼裝體全部采用相同的三角 形柱體(共8個)拼裝而成，每個三角形柱體的各面全部用纖維布包裹。實施例三。如圖4、7所示。
本實施例與實施例一的區別在于最終成形樁柱的形成為圓形，該圓形由一 個正方體、四個扇形(圖7e)和四個由拱形與多邊體(圖7d)拼接成的異形柱體組成。實施例四。如圖5所示。本實施例與實施例一的區別在于最終成形樁柱的形成為方形，該方形由九個正方 體拼接而成。實施例五。如圖6、7所示。本實施例與實施例一的區別在于最終成形樁柱的為中心八角開結構，它由完全相 同的八個梯形體(如圖7c)拼接而成。實施例六。如圖10。本實施例與實施例一的區別在于整個樁體呈錐形結構。實驗證明，實施二 實施例的樁柱的性能與實施例一樣，其綜合性能同比均有很 大的提高。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
一種全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是它包括以下步驟第一步，根據最終成形的樁柱的形狀，將其分解為若干柱狀體；第二步，將輕質芯材作加工成與上述分解后的各柱狀體相匹配的形狀并用纖維布將其表面全部包裹，得到包裹體；第三步，將各包裹體拼成一個與最終成形的樁柱一致的拼裝體，再用纖維布將拼裝體包裹形成一個整體；第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空導入樹脂浸漬定形，得到以包裹的纖維布為格構體的復合材料格構樁柱。
2.根據權利要求1所述的全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是將任意的樁柱截 面分解成若干簡單的柱狀體，將兩根或兩根以上包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在 模具上開孔進行真空導入樹脂浸漬定形，得到以縱向包裹的纖維布為格構體、端面包裹的 纖維布為橫隔板的復合材料格構樁柱。
3.根據權利要求1所述的全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是所述的纖維布為 碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維。
4.根據權利要求1所述的全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是所述的輕質芯材 為泡沫或木材。
5.根據權利要求1所述的全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是所述的分解形成 的柱狀體的橫截面形狀為三角形、梯形、長方形、正方形、扇形或拱形與多邊形的組合體。
全文摘要
一種全復合材料格構樁柱的成形方法，其特征是它包括以下步驟第一步，根據最終成形的樁柱的形狀，將其分解為若干柱狀體；第二步，將輕質芯材作加工成與上述分解后的各柱狀體相匹配的形狀并用纖維布將其表面全部包裹，得到包裹體；第三步，將各包裹體拼成一個與最終成形的樁柱一致的拼裝體，再用纖維布將拼裝體包裹形成一個整體；第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空導入樹脂浸漬定形，得到以包裹的纖維布為格構體的復合材料格構樁柱。本發明具有方法簡單，成形方便，強度高，用途廣的優點。
文檔編號E02D5/24GK101892660SQ20101022733
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15日
發明者劉偉慶, 方海, 王俊, 祝露, 趙慧敏, 陸偉東 申請人:南京工業大學