一种组合式连接的竹-混凝土组合梁及制造方法与流程

本发明涉及一种竹-混凝土组合构件，尤其是一种组合式连接的竹-混凝土组合梁及制造方法，属于土木建筑领域。

背景技术：

竹材是一种天然有机体，具有强度高、质量轻、可再生和环境友好的特点，与木材相比，具有更高的强重比、更好的耐磨性以及相对较低的吸水膨胀率等基本性能，强度较一般木材高50～100％，比强度是杉木的1.5～2.5倍，是中碳钢的2～3倍。我国竹材资源丰富，竹子的力学性能优越，竹材的生长速度快，是真正的可再生绿色资源，工程竹材的开发和利用克服了原竹的材料离散性问题，使得竹材可以被应用到结构工程领域。新世纪以来，竹结构作为一种新型结构体系在建筑、桥梁等领域得到了较为广泛地开发。

竹结构的受力性能与木结构具有一定的相似性：变形控制设计、荷载总体承载水平低。为提高竹结构性能，相关技术提出了frp增强竹结构，然而，frp增强竹结构依然是刚度控制设计。竹与混凝土组合结构将竹材与混凝土以连接件结合共同工作，无疑是解决竹结构刚度控制设计的有效途径，其充分发挥了下部竹材优越的抗拉性能和上部混凝土较强的抗压性能，其拥有更好的力学性能，对于竹-混凝土组合结构，连接方式是使两者协同工作的关键。

由于竹材的材料性质，竹材与混凝土的连接难以实现竹材与混凝土之间的完全刚性连接或同时实现较好的刚度与较好的延性连接，如中国专利“201220551921.3”号，公开了一种半装配式竹-混凝土组合桥梁，现浇混凝土层通过纵梁凹口、横梁凹口分别与竹纵梁、竹横梁形成机械咬合，纵梁凹口、横梁凹口内设有金属件，保证现浇混凝土层与竹纵梁、竹横梁的共同工作，然而，该组合梁的凹口在横断面全宽设置对竹纵梁、竹横梁造成较大的损伤，凹口容易受到集中应力而首先破坏，凹口制作需专门搭设模板，施工复杂，金属件设于凹口混凝土内部，凹口混凝土缺少必要约束，在承载过程中，由于凹口混凝土开裂，金属件难以发挥作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种组合式连接的竹-混凝土组合梁及制造方法，主要应用于解决竹-混凝土组合结构的连接问题。本发明使用胶粘剂将若干竹管粘贴于竹梁的竹孔中，浇筑带有预留孔的混凝土板，待混凝土板养护完成后，拼接组装混凝土板和竹梁，在竹管的内部设置加强筋，继而在预留孔和竹管内浇筑高强填充料，实现混凝土板与竹梁的连接组合，本发明利用天然原竹竹管及加强筋、高强填充料组合实现混凝土板与竹梁的高效可靠连接，高强填充料提供连接件的抗剪刚度，加强筋提供连接件的受剪弯曲承载力，天然原竹竹管为竹管内的混凝土提供有效的环向约束，避免竹管内的混凝土提前破坏而导致加强筋难以发挥作用，同时，天然原竹竹管提供了廉价的高刚度的大尺寸空心形式的销接管，且天然原竹竹管提供连接件成型的模板，且预留孔呈上大下小的台阶形变化，其通过上、下的嵌固机理提供混凝土板与竹梁之间的抗拔承载作用，避免竹梁和混凝土板上、下分离。本发明的竹-混凝土组合梁的连接件材料为天然原竹竹管及加强筋、高强填充料，材料来源简单，造价低、施工便捷。

本发明提供一种组合式连接的竹-混凝土组合梁，其特征在于包括竹梁、混凝土板、竹管、高强填充料、加强筋，混凝土板位于竹梁的上部，竹梁的顶面间隔开设有若干竹孔，竹孔的直径与竹管的外径相等，竹管的中下部的外侧面通过涂敷胶粘剂粘结嵌固于竹孔之内，混凝土板与竹梁对应的竹孔的位置设置有预留孔，预留孔呈上大下小的台阶形变化，其中心线与竹孔一致，加强筋设置于竹管的内部沿着竹管的纵向布置，高强填充料浇筑充满于混凝土板的预留孔和竹管内，并包裹加强筋，高强填充料的顶面与混凝土板的顶面齐平，混凝土板与竹梁通过竹管、高强填充料、加强筋相互连接为一体，高强填充料的抗压强度不低于80mpa。

所述的高强填充料为混凝土、砂浆、环氧砂浆、结构胶、环氧树脂胶中的一种

所述的竹梁采用竹材层积材、竹材集成材或重组竹材中的一种。

所述的高强填充料的粗骨料粒径不大于25mm，且在竹管和预留孔内一次浇筑成型，加强筋的设置数量在每一处竹管和预留孔内不少于1根，加强筋的顶端低于高强填充料的顶面10mm～30mm，加强筋的底端不高于竹管的底端。

所述的加强筋为金属材料、复合材料、竹材、木材的一种。

所述的竹管采用天然原竹制作，竹管嵌入竹梁的深度不少于30mm。

一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的制造方法，其特征在于使用胶粘剂将若干竹管粘贴于竹梁的竹孔中，浇筑带有预留孔的混凝土板，待混凝土板养护完成后，拼接组装混凝土板和竹梁，继而在预留孔和竹管内浇筑高强填充料，实现混凝土板与竹梁的连接组合，其步骤如下：

a.钻孔：在竹梁的顶面按照预定位置钻设若干竹孔；

b.嵌入竹管：对竹管的中下部的外侧面涂敷胶粘剂，并旋转插入粘结嵌固于竹孔之内，竹管采用天然原竹制作，竹管嵌入竹梁的深度不少于30mm；

c.浇筑混凝土板：浇筑混凝土板，并在混凝土板与竹梁对应的竹孔的位置留设预留孔，预留孔呈上大下小的台阶形变化，其中心线与竹孔一致；

d.设置加强筋：采用胶粘、绑扎或嵌入工艺固定设置加强筋，加强筋设置于竹管的内部沿着竹管的纵向布置，加强筋的设置数量在每一处竹管和预留孔内不少于1根，加强筋的顶端低于高强填充料的顶面10mm～30mm，加强筋的底端不高于竹管的底端。

e.浇筑高强填充料：浇筑高强填充料并充满于混凝土板的预留孔和竹管内，包裹加强筋，高强填充料的顶面与混凝土板的顶面齐平，强度不低于80mpa，粗骨料粒径不大于25mm。

f.养护及表面处理：养护高强填充料，对构件表面进行清洁处理。

本发明利用天然原竹竹管及加强筋、高强填充料组合实现混凝土板与竹梁的高效可靠连接，具有延性的理想破坏模式，天然原竹竹管约束避免了连接处的混凝土提前破坏，有效避免竹梁和混凝土板上、下分离，材料来源简单、制作工艺简单，容易实现标准化生产。本发明具有以下有益效果：

1)天然原竹竹管为竹管内的混凝土提供有效的环向约束，避免竹管内的混凝土提前破坏而导致加强筋难以发挥作用。

2)天然原竹竹管为竹材与混凝土之间的连接提供了廉价的高刚度的大尺寸空心形式的销接管。

3)天然原竹竹管及加强筋、高强填充料组合，多重组合连接发挥单一连接形式不能获得的组合效应，可靠性高，在具有较高的抗滑移刚度的同时具有较高的承载力，破坏模式延性。

4)预留孔呈上大下小的台阶形变化构造实现上、下的嵌固机理，避免竹梁和混凝土板上、下分离。

5)天然原竹竹管及加强筋、高强填充料组合与竹材及混凝土的连接接触面积大，避免应力集中。

6)竹管绿色环保，用钢量小、造价低，制作工艺简单。

7)制造过程即是逐个部件的拼装过程，容易实现标准化生产。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1一种组合式连接的竹-混凝土组合梁立体细节展示示意图；

图2一种组合式连接的竹-混凝土组合梁立体示意图；

图3一种组合式连接的竹-混凝土组合梁平面示意图；

图4一种组合式连接的竹-混凝土组合梁正立面示意图；

图5一种组合式连接的竹-混凝土组合梁侧立面示意图；

图6一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的a-a截面图；

图7一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的b-b截面图；

图8一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的c-c截面图；

图9一种组合式连接的竹-混凝土组合梁及制造方法的工艺流程图；

图10一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的制造方法的组装示意图；

图11一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的制造方法的竹梁钻孔示意图；

图12一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的制造方法的混凝土板留设预留孔示意图；

图13一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的制造方法的竹梁嵌入竹管示意图。

在附图中，1为竹梁，2为混凝土板，3为竹管，4为高强填充料，5为加强筋，11为竹孔，21为预留孔。

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。

如附图，本发明提供一种组合式连接的竹-混凝土组合梁，其特征在于包括竹梁1、混凝土板2、竹管3、高强填充料4、加强筋5，混凝土板2位于竹梁1的上部，竹梁1的顶面间隔开设有若干竹孔，竹孔的直径与竹管3的外径相等，竹管3的中下部的外侧面通过涂敷胶粘剂粘结嵌固于竹孔之内，混凝土板2与竹梁1对应的竹孔的位置设置有预留孔21，预留孔21呈上大下小的台阶形变化，其中心线与竹孔一致，加强筋5设置于竹管3的内部沿着竹管3的纵向布置，高强填充料4浇筑充满于混凝土板2的预留孔21和竹管3内，并包裹加强筋5，高强填充料4的顶面与混凝土板2的顶面齐平，混凝土板2与竹梁1通过竹管3、高强填充料4、加强筋5相互连接为一体，高强填充料4的抗压强度不低于80mpa。

所述的高强填充料4为混凝土、砂浆、环氧砂浆、结构胶、环氧树脂胶中的一种。

所述的竹梁1采用竹材层积材、竹材集成材或重组竹材中的一种。

所述的高强填充料4的粗骨料粒径不大于25mm，且在竹管3和预留孔21内一次浇筑成型，加强筋5的设置数量在每一处竹管3和预留孔21内不少于1根，加强筋5的顶端低于高强填充料4的顶面10mm～30mm，加强筋5的底端不高于竹管3的底端。

所述的加强筋5为金属材料、复合材料、竹材、木材的一种。

所述的竹管3采用天然原竹制作，竹管3嵌入竹梁1的深度不少于30mm。

一种组合式连接的竹-混凝土组合梁的制造方法，其特征在于使用胶粘剂将若干竹管粘贴于竹梁的竹孔中，浇筑带有预留孔的混凝土板，待混凝土板养护完成后，拼接组装混凝土板和竹梁，在竹管的内部设置加强筋，继而在预留孔和竹管内浇筑高强填充料，实现混凝土板与竹梁的连接组合，其步骤如下：

a.钻孔：在竹梁1的顶面按照预定位置钻设若干竹孔；

b.嵌入竹管：对竹管3的中下部的外侧面涂敷胶粘剂，并旋转插入粘结嵌固于竹孔之内，竹管3采用天然原竹制作，竹管3嵌入竹梁1的深度不少于30mm；

c.浇筑混凝土板：浇筑混凝土板2，并在混凝土板2与竹梁1对应的竹孔的位置留设预留孔21，预留孔21呈上大下小的台阶形变化，其中心线与竹孔一致；

d.设置加强筋：采用胶粘、绑扎或嵌入工艺固定设置加强筋5，加强筋5设置于竹管3的内部沿着竹管3的纵向布置，加强筋5的设置数量在每一处竹管3和预留孔21内不少于1根，加强筋5的顶端低于高强填充料4的顶面10mm～30mm，加强筋5的底端不高于竹管3的底端。

e.浇筑高强填充料：浇筑高强填充料4并充满于混凝土板2的预留孔21和竹管3内，包裹加强筋5，高强填充料4的顶面与混凝土板2的顶面齐平，强度不低于80mpa，粗骨料粒径不大于25mm。

f.养护及表面处理：养护高强填充料4，对构件表面进行清洁处理。