采用FRP局部增强的原竹结构组件的制作方法

采用frp局部增强的原竹结构组件
技术领域
[0001]
本实用新型涉及土木工程领域，尤其是涉及一种采用frp局部增强的原竹结构组件。


背景技术：

[0002]
相关技术中，中国是世界竹材的中心产区之一，竹林面积占全球竹材种植面积的四分之一。竹子的生长周期短，固碳作用显著，是一种绿色环保的生态建筑材料。竹材的充分利用，可缓解木材短缺的困境，减少传统非环保建材的使用，推进生态文明建设。原竹结构是竹材常见的结构形式。原竹结构所蕴含的坚韧不屈、清高典雅的文化内涵，使其常见于国内各种景观设计中。原竹结构中，螺栓节点是常见的连接形式。但是，原竹易于顺纹开裂的缺陷，致使螺栓节点的设计更为重要。合理的原竹螺栓节点构造，是保证原竹结构安全的基础，也是大力发展原竹建筑的重要前提。
[0003]
针对原竹节点增强，国内外已有一定的实践研究及理论依据。工程实践中，原竹螺栓节点常采用钢箍增强。钢箍能短时间内小幅提升顺纹抗压和抗剪强度，但随着原竹结构的干缩，钢箍发生应力松弛，约束效果较差。同时，钢箍耐腐蚀性较差，易发生腐蚀断裂。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种采用frp局部增强的原竹结构组件，该采用frp局部增强的原竹结构组件，能够有效抑制原竹竹筒上裂缝的扩展，同时大幅度提高原竹竹筒的承载能力和变形能力，使其受力性能更为稳定，并且耐腐蚀，防干缩。
[0005]
根据本实用新型实施例的一种采用frp局部增强的原竹结构组件，包括：原竹竹筒，所述原竹竹筒内部限定出内部空腔；frp外覆层，所述frp外覆层设于所述原竹竹筒的外部，所述frp外覆层包括：树脂，所述树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂和生物基树脂中的至少一种；纤维，所述纤维包括玻璃纤维、碳纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、单向纤维布、多轴纤维布和混编麻绳中的至少一种；内填充材料，所述内填充材料设于所述内部空腔中；剪力销，所述剪力销贯穿所述内填充材料与所述原竹竹筒，所述剪力销限制所述内填充材料的位置；密封层，所述密封层设于所述内部空腔内并位于所述内填充材料在长度方向上的至少一端。
[0006]
据本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件，由于本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件，可以抑制原竹竹筒的进一步开裂，提升原竹竹筒的力学性能，大幅度提高原竹竹筒的承载能力和变形能力，使其受力性能更为稳定，同时frp外覆层还具有耐腐蚀，防干缩的作用，从而提高原竹结构的长期性能，其中的剪力销可以传递原竹竹筒收到的剪力，同时固定内填充材料的位置，防止内填充材料的位置发生移动，frp局部增强的原竹结构组件整体的施工方便，成本低，实用性更广泛。
[0007]
在本实用新型的一些实施例中，所述原竹竹筒的直径为d，所述frp外覆层的搭接
长度不小于d；所述原竹竹筒的直径为d，所述frp外覆层的宽度不小于d，所述内填充材料位于所述frp外覆层的覆盖区域内。
[0008]
在本实用新型的一些实施例中，所述内填充材料包括填充砂浆、灌浆料、石膏、木屑胶或发泡胶中的至少一种。
[0009]
在本实用新型的一些实施例中，所述原竹竹筒上开设有螺栓孔，原竹结构组件还包括螺栓，所述螺栓与所述螺栓孔配合，多个所述原竹竹筒之间通过所述螺栓连接。
[0010]
在本实用新型的一些实施例中，所述原竹竹筒的直径为d，所述剪力销长度大于d，且宽度不超过1/5d，所述剪力销的横截面为长椭圆形、矩形、t形中的一种，所述剪力销距离所述螺栓孔的竖向距离位于1/2d～d之间。
[0011]
在本实用新型的一些实施例中，所述frp外覆层至少为单层，所述frp外覆层中的所述纤维方向与所述原竹竹筒的长度方向夹角为45
°
～90
°
之间。
[0012]
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
[0013]
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0014]
图1是根据本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件的一种实施方式的立体图；
[0015]
图2是根据本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件的侧视图；
[0016]
图3是根据本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件的另一种实施方式的立体图；
[0017]
图4是根据本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件的再一种实施方式的立体图；
[0018]
图5是根据本实用新型实施例的竖向的原竹竹筒的采用frp局部增强的原竹结构组件的一侧剖面图；
[0019]
图6是根据本实用新型实施例的竖向的原竹竹筒的采用frp局部增强的原竹结构组件的另一侧剖面图；
[0020]
图7是根据本实用新型实施例的水平的原竹竹筒的采用frp局部增强的原竹结构组件的剖面图。
[0021]
附图标记：
[0022]
采用frp局部增强的原竹结构组件100；
[0023]
原竹竹筒1；内部空腔11；螺栓孔12；
[0024]
frp外覆层2；
[0025]
内填充材料3；
[0026]
剪力销4；
[0027]
密封层5；
[0028]
螺栓6。
具体实施方式
[0029]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0030]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0031]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0032]
下面参考图1-图7描述根据本实用新型实施例的一种采用frp局部增强的原竹结构组件100。
[0033]
如图1-图7所示，一种采用frp局部增强的原竹结构组件100，包括：原竹竹筒1， frp外覆层2，内填充材料3、剪力销4和密封层5。
[0034]
如图1-图7所示，原竹竹筒1内部限定出内部空腔11，frp外覆层2设于原竹竹筒 1的外部。
[0035]
具体的，原竹竹筒1的内部为中空腔体，由此原竹竹筒1的内部具有一定的空间可以用来存储一定的物体。原竹竹筒1的外部设有frp外覆层2，frp外覆层2可以用来对原竹竹筒1起到类似环向纤维的作用，防止原竹竹筒1发生干裂或抑制原竹竹筒1的进一步开裂，提升原竹竹筒1的力学性能，还可以大幅提高原竹竹筒1的承载能力和变形能力，增加原竹竹筒1的受力稳定性。
[0036]
其中，frp外覆层2包括：树脂和纤维。
[0037]
具体的，树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂和生物基树脂中的至少一种，纤维包括玻璃纤维、碳纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、单向纤维布、多轴纤维布和混编麻绳中的至少一种。
[0038]
即frp外覆层2由纤维和树脂混合固化而成，能够包覆各种形状，因此能紧密贴合原竹表面，树脂可以为环氧树脂、聚氨酯树脂和生物基树脂中的至少一种。纤维可以为玻璃纤维、碳纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、单向纤维布、多轴纤维布和混编麻绳中的至少一种。
[0039]
也就是说，frp外覆层2组成成分多种多样。可以如图1所示采用单项纤维布，也可以如图3所示采用多向纤维布，还可以如图4所示，选用混编麻绳。可以使frp外覆层2可以根据实际情况的需要进行不同的组合实现不同的功能。
[0040]
由此可知，通过frp外覆层2的设置，可以增加原竹竹筒1的力学性能，防止原竹竹筒1开裂或抑制其进一步开裂，并且frp外覆层2的耐腐蚀性能好，采用frp外覆层2包覆原竹竹筒1，能够阻止原竹竹筒1的表面与外界环境的水分交换，抑制干缩裂缝的出现，从而提高原竹结构的长期性能，同时frp外覆层2使用便利，成本低，将 frp外覆层2裁剪后粘贴于原竹竹筒1的表面并涂覆树脂，固化后即达到增强效果，施工方便，不需要大型施工设备。此外，仅在关键区域局部采用frp外覆层2增强，复合材料用量少，成本增加较少。
[0041]
如图1-图7所示，内填充材料3设于内部空腔11中，也就是说在原竹竹筒1的内部添加内填充材料3，使用内填充材料3，可以减少应力集中，进一步的结合外部frp 外覆层2的缠绕包裹，可以充分发挥frp外覆层2的约束效果，大幅提升原竹竹筒1 的强度和刚度。
[0042]
如图1-图5所示，原竹竹筒1上还设有剪力销4，剪力销4贯穿内填充材料3与原竹竹筒1，剪力销4限制内填充材料3的位置。
[0043]
具体的，剪力销4由原竹竹筒1的环形侧面的一点穿入原竹竹筒1的内部，贯穿原竹竹筒1内部的内填充材料3并从原竹竹筒1的环形侧面的另一点穿出，由此可以使剪力销4固定于原竹竹筒1上，传递原竹竹筒1受到的剪力，起到类似于竹节的作用，同时可以通过剪力销4限制内填充材料3的位置，防止内填充材料3与原竹竹筒1发生相对滑动。
[0044]
如图5和图6所示，密封层5设于内部空腔11内并位于内填充材料3在长度方向上的至少一端。
[0045]
具体的，内填充材料3设于内部空腔11中，密封层5设于内填充材料3在长度方向上的至少一端，也就是说，密封层5可以设于内填充材料3的一端，密封层5也可以设于内填充材料3的两端。
[0046]
根据本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件100，由于本实用新型实施例的采用frp局部增强的原竹结构组件100，可以抑制原竹竹筒1的进一步开裂，提升原竹竹筒1的力学性能，大幅度提高原竹竹筒1的承载能力和变形能力，使其受力性能更为稳定，同时frp外覆层2还具有耐腐蚀，防干缩的作用，从而提高原竹结构的长期性能，其中的剪力销4可以传递原竹竹筒1收到的剪力，同时固定内填充材料3的位置，防止内填充材料3的位置发生移动，frp局部增强的原竹结构组件整体的施工方便，成本低，实用性更广泛。
[0047]
进一步的，本实用新型实施例中的采用frp局部增强的原竹结构组件100，其中的 frp外覆层2的纤维的种类有玻璃纤维、碳纤维、大应变pet纤维、亚麻、黄麻植物纤维等。在应用中，frp外覆层2可以使用价格低廉的玻璃纤维增强复合材料和植物纤维，当受力要求很高时可采用少量性能优越但价格较高的碳纤维增强复合材料，当然，具体纤维种类的选择要根据原竹竹筒1作为结构构件的受力要求而定。
[0048]
由此，本实用新型实施例中的frp外覆层2具有轻质高强耐腐蚀的特点，还可以广泛应用于增强和加固混凝土结构、钢结构和木结构，现有研究表明，合理的加固方式可以有效提高构件的承载力和延性。
[0049]
如图1-图7所示，原竹竹筒1的直径为d，frp外覆层2的搭接长度不小于d；和/ 或原竹竹筒1的直径为d，frp外覆层2的宽度不小于d，内填充材料3位于frp外覆层2的覆盖区域内。
[0050]
具体的，原竹竹筒1的直径为d，frp外覆层2缠绕于原竹竹筒1需要进行局部增强的位置的外壁上，可以使frp外覆层2的首端和尾端采用搭接的方式固定，则frp 外覆层2的首
尾两端之间的搭接长度不小于d。
[0051]
进一步的，原竹竹筒1的直径为d，frp外覆层2的宽度不小于d，同时，原竹竹筒1需要局部增强的位置的内部设有填充材料，frp外覆层2的宽度至少大于内填充材料3的宽度，也就是说，内填充材料3位于frp外覆层2的覆盖区域内。
[0052]
由此，本实用新型实施例的frp外覆层2的尺寸可以满足长度不小于d，或frp 外覆层2的尺寸可以满足宽度不小于d，当然，frp外覆层2的尺寸也可以既满足长度不小于d，同时，还可以满足宽度不小于d。
[0053]
可选的，内填充材料3包括填充砂浆、灌浆料、石膏、木屑胶或发泡胶中的至少一种。
[0054]
换言之，内填充材料3的种类可以为包括填充砂浆、灌浆料、石膏、木屑胶或发泡胶，内填充材料3可以为其中的一种，当然，内填充材料3也可以为其中的多种。
[0055]
如图1-图7所示，原竹竹筒1上开设有螺栓孔12(图中未示出)，原竹结构组件还包括螺栓6，螺栓6与螺栓孔12配合，多个原竹竹筒1之间通过螺栓6连接。
[0056]
具体的，原竹竹筒1上开设有螺栓孔12，螺栓6可以与螺栓孔12进行配合，同时，多个原竹竹筒1之间也可以通过螺栓6和螺栓孔12的配合进行连接。并且，螺栓6也可以传递原竹竹筒1收到的力。
[0057]
进一步的，本实用新型中利用frp外覆层2来增强原竹竹筒1的螺栓6处，其中 frp外覆层2通过局部缠绕包裹螺栓6处，一方面充当环向纤维降低螺栓6处的应力集中，提高螺栓6处的承载能力，减少原竹竹筒1的力学性能的离散性，另一方面作为保护层减缓原竹竹筒1的干缩开裂，提高耐久性能。
[0058]
由此，采用frp外覆层2包裹于原竹竹筒1上的螺栓6处，可以增强螺栓6处的强度，并且可以充分发挥两者的力学优势，大幅度提高原竹竹筒1的承载能力和变形能力，同时还可抑制原竹竹筒1的顺纹干缩裂缝的出现，提高原竹竹筒1的长期性能，从而提高了原竹竹筒1作为建筑结构构件的安全储备，实现了增强的目的。
[0059]
并且，本实用新型实施例中的采用环向包裹的frp外覆层2，将提供对内部的原竹竹筒1的约束力和抗剪承载力，从而提高其承载能力和延性。同时可以根据实际受力状况选择局部环向约束或者交错环向约束，同时根据结构受力情况选择梁柱节点等关键区域截面进行加固，实现合理、高效、经济的目的。
[0060]
如图1-图7所示，原竹竹筒1的直径为d，剪力销4长度大于d，且宽度不超过1/5d，剪力销4的横截面为长椭圆形、矩形、t形中的一种，剪力销4距离螺栓孔12的竖向距离位于1/2d～d之间。
[0061]
具体的，原竹竹筒1的直径为d，剪力销4的的长度大于所在的原竹竹筒1的直径 d，剪力销4的宽度不超过所在原竹竹筒1的直径的1/5，同时剪力销4的横截面可以为长椭圆形、矩形、t形中的任一种，剪力销4的位置距离螺栓孔12的竖向距离在1/2d～d 之间。
[0062]
下面根据图1-图6所示，描述本实用新型实施例的一种采用frp局部增强的原竹结构组件100的制造方法，制造方法包括如下步骤：
[0063]
s10、原竹竹筒1以竖向方向放置，打磨并清洁需要加固的原竹竹筒1的表面，以在原竹竹筒1的外壁上形成加固区域。
[0064]
具体的，打磨即为打磨原竹竹筒1的表面，去除原竹竹筒1表面的竹蜡和浮尘。清洁
为清理原竹竹筒1内残存的雨水。
[0065]
s20、在原竹竹筒1上标注螺栓孔12的位置，根据标注出的螺栓孔12位置，将螺栓 6穿入原竹竹筒1。
[0066]
s30、原竹竹筒1的直径为d，若螺栓孔12距离竹节距离大于3/2d，按照步骤s31 继续操作，若螺栓孔12距离竹节距离小于等于3/2d，按照步骤s32继续操作。
[0067]
s31、垂直于螺栓孔12位置开设剪力销4孔，插入剪力销4并固定。
[0068]
s32、在加固区域涂刷树脂作为结构胶，粘贴frp外覆层2，再次涂刷树脂，使
[0069]
frp外覆层2完全浸润并固化。
[0070]
s40、原竹竹筒1的直径为d，距离螺栓孔12的下部3/2d的位置钻第一孔，注入密封材料，形成密封层5。
[0071]
可选的，第一孔的尺寸可以为2-5mm的孔。
[0072]
优选的，本实用新型实施例中第一孔的尺寸选用3mm孔。
[0073]
s50、原竹竹筒1的直径为d，距离螺栓孔12的上部1/2d的位置钻第二孔，注入内填充材料。
[0074]
其中，第二孔的尺寸可以为3-5mm之间。
[0075]
根据本实用新型实施例的一种采用frp局部增强的原竹结构组件100的制造方法，采用此制造方法，施工方便，成本低，同时操作便利，不需要大型的设备即可制造。同时此方法适用于竖向放置的原竹竹筒1，实用性广泛，并且针对不同的原竹竹筒1，可以采用不同的结构以及材料成分，针对性强。
[0076]
如图6和图7所示，竖向的原竹竹筒1中内填充材料3的上端面至少高于螺栓孔 121/2d，且下端面距离螺栓孔12至少3/2d。
[0077]
具体的，原竹竹筒1的直径为d，当原竹竹筒1竖向放置时，内填充材料3的上端面至少高出螺栓孔12位置1/2d，同时其下端面要距离螺栓孔12至少2/3d。
[0078]
如图1-5和图7所示，在本实用新型的一些实施例中，一种采用frp局部增强的原竹结构组件100的制造方法，制造方法包括如下步骤：
[0079]
s10原竹竹筒1以横向方向放置，打磨并清洁需要加固的原竹竹筒1的表面，以在原竹竹筒1的外壁上形成加固区域。
[0080]
具体的，打磨即为打磨原竹竹筒1的表面，去除原竹竹筒1表面的竹蜡和浮尘。清洁为清理原竹竹筒1内残存的雨水。
[0081]
s20在原竹竹筒1上标注螺栓孔12的位置，根据标注出的螺栓孔12位置，将螺栓6 穿入原竹竹筒1。
[0082]
s30在加固区域涂刷树脂作为结构胶，粘贴frp外覆层2，再次涂刷树脂，使frp外覆层2完全浸润并固化。
[0083]
s40原竹竹筒1的直径为d，若螺栓孔12距离两侧的竹节距离均大于1/2d，按照步骤s41继续操作，若螺栓孔12距离左右两侧竹节均距离小于等于1/2d，按照步骤s42 继续操作。
[0084]
s41原竹竹筒1的直径为d，距离螺栓孔12左右两侧各等于1/2d的位置钻第一孔，注入密封材料，形成密封层5。
[0085]
可选的，第一孔的尺寸可以为2-5mm的孔。
[0086]
优选的，本实用新型实施例中第一孔的尺寸选用3mm孔。
[0087]
s42原竹竹筒1的直径为d，距离螺栓孔12的左右两侧中的任一侧距离1/4d的位置钻第二孔，注入内填充材料。
[0088]
其中，第二孔的尺寸可以为3-5mm之间。
[0089]
如图7所示，水平的原竹竹筒1中，内填充材料3均匀分布在螺栓孔12两侧，且距离不少于1/2d。
[0090]
如图7所示，原竹竹筒1的直径为d，内填充材料3在原竹竹筒1内部的位置，需要使螺栓孔12的位置处于内填充材料3的中部，并且内填充材料3的两端距离螺栓孔 12的距离不少于1/2d。
[0091]
根据本实用新型实施例的一种采用frp局部增强的原竹结构组件100的制造方法，采用此制造方法，施工方便，成本低，同时操作便利，不需要大型的设备即可制造。同时此方法适用于水平放置的原竹竹筒1，实用性广泛，并且针对不同的原竹竹筒1，可以采用不同的结构以及材料成分，针对性强。
[0092]
如图1-图7所示，frp外覆层2至少为单层，frp外覆层2中的纤维方向与原竹竹筒1的长度方向夹角为45
°
～90
°
之间。
[0093]
可选的，本实用新型实施例中的frp外覆层2可以为单层设置，也可以为多层设置，进一步加强frp外覆层2对原竹竹筒1的保护。
[0094]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0095]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。