一種帶分腔鋼板的輕鋼管?小徑木材組合承重柱及作法的制作方法

本發明涉及一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱及作法，屬于結構工程技術領域。

背景技術：

隨著我國住宅建設的快速發展，為滿足人民群眾日益增長的住房需求，推進住宅產業現代化，發展鋼結構住宅，擴大鋼結構住宅的市場占有率。預見將輕型鋼管與小徑木材合理組合所形成的結構具有廣闊的應用前景。

隨著資源的不斷匱乏，我國的木材資源也面臨著嚴峻的問題，由于多數國家應經禁止出口原木木材，因此依靠進口木材已經變得不可能，同時，在使用過程中由于對大直徑木材的青睞，導致小直徑(尺寸為40mm～130mm)的木材很少被完整的開發和使用，多數小徑木材被嚴重浪費。如何完整的開發和利用被人忽視的小徑木材已經成為了當前熱點的研究問題，這一問題的解決不僅將有效地緩解資源危機，在某種程度上也解決了森林資源供需矛盾。

碳纖維以其優異的綜合性能成為當今世界材料學科研究的重點。研究表明：碳纖維的抗拉強度>3500mpa，抗拉模量>230gpa，密度僅為1.76～1.94g/cm，具有優異的力學性能和綜合特性；碳纖維已在建筑、能源等等領域和行業得到廣泛應用。

傳統的鋼筋混凝土柱結構承載力普遍較差，施工過程中需要使用大量的(木)模板，容易造成資源的嚴重浪費，同時施工養護需要大量的工期，無法適應當前綠色建筑的發展。基于此，本發明提出了一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱，核心為帶分腔鋼板的輕型鋼管，鋼管內部澆筑小徑木材木屑填充物，在分腔空隙內填充小徑木材，外圍包裹fpr碳纖維布同時角部采用角鋼進行加固，相比于傳統的混凝土承重柱，其承載力顯著提高，減少了模板施工，同時充分開發和利用了小徑木材，符合目前綠色建筑的發展需要，適用于低、多層村鎮建筑的發展。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有受力科學、構造簡單和綠色環保一體化等優點的帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱，以期有效解決傳統混凝土柱承載能力不佳，施工效率低，資源利用率低等問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱，該組合承重柱包括木屑混合物1、輕型鋼管2、小徑木材3、分腔鋼板4、frp碳纖維布5和角部加強件6；輕型鋼管2設置在該組合承重柱的中間，輕型鋼管2為該組合承重柱的中心腔體結構，中心腔體結構的外表面焊接有若干等間距均勻布置的分腔鋼板4，輕型鋼管2和分腔鋼板4焊接后共同組成該組合承重柱組成核心鋼骨，frp碳纖維布5包裹在分腔鋼板4的外側，各個分腔鋼板4與frp碳纖維布5之間形成外部分腔結構，外圍包裹frp碳纖維布5能夠提供良好的核心約束作用；輕型鋼管2的內部澆筑有木屑混合物1，以提高核心鋼骨的受力性能；在外部分腔結構內填充放置小徑木材3；frp碳纖維布5的四角位置加設有角部加強件6用以提供額外的約束保護；

木屑混合物1由木屑、乳膠、細沙、水泥和水組成，木屑為小徑木材3預先加工時的產物，木屑、乳膠、細沙、水泥、水按照1:1:0.25:0.25:0.05進行均勻拌合，細沙的顆粒直徑為5mm-10mm，木屑、乳膠、細沙、水泥、水均勻拌合后應在初凝前完成填充工作；同時木屑也能用廢棄秸稈取代，取代率為0～100％，廢棄秸稈加工成10mm以下尺寸。

所述輕型鋼管2為核心鋼骨組成部分之一，輕型鋼管2與分腔鋼板4焊接共同組成核心鋼骨。輕型鋼管2的截面為圓形或者矩形，考慮到后期施工方便，建議采用矩形形式，鋼管厚度不大于4mm，鋼管外徑不應大于200mm。

所述小徑木材3為帶皮直徑為40mm～80mm的木材，預先將小徑木材1加工成截面為矩形，便于小徑木材的充分利用，矩形的邊長尺寸為20mm的倍數，如20mm×40mm，40mm×40mm，40mm×20mm，20mm×20mm，小徑木材3在分腔區域中呈分層交錯布置；各層小徑木材3以及各個小徑木材3之間通過乳膠進行粘結。

所述分腔鋼板4為核心鋼骨組成部分之一，分腔鋼板4與輕型鋼管2焊接共同組成核心鋼骨。分腔鋼板4采用薄鋼板制作而成，鋼板厚度宜為2～3mm，分腔鋼板4母材強度宜與輕型鋼管2鋼板母材強度一致。

所述frp碳纖維布5由12k碳纖維絲織制而成，frp碳纖維布5包裹在結構最外層，以提高對內部結構的約束作用。粘結層數宜為2～3層，黏貼時每層frp碳纖維布5需進行搭接，搭接長度不低于150mm，且搭接區域額外涂刷底膠，防止搭接區域松開。

所述角部加強件6為結構的角部保護措施，同時提供對內部結構額外約束作用。角部加強件6為角鋼，角鋼尺寸為30mm*30mm*4mm，角鋼母材強度與內部鋼骨強度一致，角部加強件6預留鉚釘孔洞，方便與小徑木材3鉚釘連接。

所述的一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱，其制作方法如下：

第一步，定位和架立由輕型鋼管2和分腔鋼板4組成的核心鋼骨，同時在輕型鋼管2內部澆筑試配好的木屑混合物1；

第二步，分腔區域內填充預先初步加工的小徑木材3，小徑木材3之間通過乳膠進行粘結固定，定位成型；

第三步，填充結構角部定位設置角部加強件6，角部加強件6可以沿高度方向每300mm設置一道，角部加強件6與小徑木材3可以采用乳膠粘結固定或者通過預留孔洞鉚釘連接；

第四步，在小徑木材3組成的填充結構最外層包裹frp碳纖維布5，包裹成熟宜為2～3層，同時預留搭接長度200mm，搭接處應保證不宜松開，即形成一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱。

本發明一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱適用于低、多層村鎮綠色建筑的發展。內部設置核心鋼骨，并澆筑環保綠色材料，核心結構受力科學，通過frp碳纖維對內部小徑木材進行合理約束，大大提高了整體結構的承載能力，由于較好的開發和利用了小徑木材，做到了綠色環保低碳。

附圖說明

圖1是一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱截面圖。

圖2一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱立面圖。

圖中：1木屑混合物、2輕型鋼管、3小徑木材、4分腔鋼板、5frp碳纖維布和6角部加強件。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明：

如圖1-2所示，本發明的一種帶分腔鋼板的輕鋼管-小徑木材組合承重柱，包括木屑混合物1、輕型鋼管2、小徑木材3、分腔鋼板4、frp碳纖維布5和角部加強件6。核心受力部件為中部由輕型鋼管2和分腔鋼板4組成的核心鋼管，輕型鋼管內部澆筑木屑混合物1，之后在分腔區域內放置小徑木材3形成內部填充結構，角部采用角部加強件加以固定約束，最外層包裹frp碳纖維布5，對內部小徑木材3填充結構產生了較好的核心約束作用，提高了結構的承載能力，整體結構受力科學，同時小徑木材得到合理的開發和利用，更加綠色環保，適宜于低、多層的村鎮綠色建筑的發展。

以上是本發明的一個典型實施例，本發明的實施不限于此。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種帶分腔鋼板的輕鋼管?小徑木材組合承重柱及作法，屬于結構工程技術領域；本發明適用于村鎮低、多層綠色建筑的發展；核心為輕型鋼管與分腔鋼板組成的鋼骨結構，輕型鋼管內部澆筑木屑混合物，分腔區域內填充小徑木材組成填充結構，在最外層FRP碳纖維布的圍護約束下整體結構承載力大大提高，承載能力最大可提高30％以上，同時受力模型簡單(核心鋼骨?小徑木材?最外層FRP碳纖維)，充分利用和開發了小徑木材，做到了綠色低碳環保。

技術研發人員：喬崎云;劉文超;曹萬林;張建偉;董宏英
受保護的技術使用者：北京工業大學
技術研發日：2017.05.14
技術公布日：2017.07.18