竹结构增强技术研究与应用分析.pdf

江苏建筑 2011 年第 5 期 总第 143 期 竹结构增强技术研究与应用分析 周 正 伟 陈 冬剑 潘 利 群 南 京 林业 大学 土木 工 程 学院 江苏 南 京210037 摘 要 竹质工程材料具有绿色 低碳 节能 减排等优良特点 文章首先介绍了其工艺流程 然后通过试验从刚度 承载 力等 方面验证 了竹结构增强技术 显著的效果 且 竹结构增 强技 术的使用可 以显 著提 高竹 结构的建造效 率 通过 与传统 结构 经济效益的横 向比较发现新 型增强竹结构具有 十分优越 的应 用前 景 关 键词 竹材 工艺流程 增强竹结构 嵌入式 应用分析 中图分 类 TU 366 1 文献 标识 码 A 文 章编 号 1005 6270 201 1 05 0041 02 R e se a rc h a n d A p p li c a ti o n A n a ly si s o n B am b o o S tru c tu re E n h a n c em e n t T ec h n o lo gy ZH O U Zheng w ei C H E N D ong ji an PA N Li qun C ollege of C i vi l Engi neeri ng N am i ng Forestry U ni versi ty N anji ng Ji angsu 210037 Chi na A b strac t B am b oo engi neeri ng m aterial h as th e c harac teri sti c s of green low c ar on energy savi ng and reduc i n g c arbon di oxi d e em i ssi ons F i rst thi s paper i n trodu c es th e tec hnologi c al proc ess of b am boo struc ture en h an c em ent tec hnology th en veri fies i ts si gni fi c an t effec t from sti ffness b eari n g c ap ac i ty and other asp ec ts by experi m ent T h e bam boo struc tu re enhanc em ent tec hn ology h as also obvi ously i m proved the c onstruc ti on effi c i enc y of bam boo stru c ture In horizontal c om p ari son w i th the ec on om i c benefi t of the c onventi onal stru c ture i t c an b e fou nd that th e new rei nforc ed b am boo struc tu re has good appli c ati on prospec t K ey w o rd s b am boo tec hnologi c al p roc ess rei nforc ed b am boo stru c tu re em b ed ded type appli c ati on analysi s 0 引言 随着 资源 高效 利用和工业技术 的不 断进步 我 国竹 业 发展 迅速 竹 材加工系列 产品 已经有 10 多类 近 l 000 个 品 种 并且开始应用于工程材料 竹 质工程材料是利用性 能优 良 可迅速再生的竹子为原 料制造而成 主要的产 品有 竹 集成材 竹层积材 和竹材重 组材材料 在竹子生长 采集 加 工 制造 使 用和产 品的废弃过 程 中 消耗 能源少 无污染 是一种高性能 的环 保材 料 目前利用竹质工程材料 建造的竹结构建筑 桥 梁体 系 已经得到 了实践应用 如世界首座可通行 车辆 的现代竹结 构桥 梁 图 1 由湖南 大学土 木工程 学 院 肖岩教 授领 衔设 计建成 在 2008 年 11 月 lO 日被美 国著名科 技杂志 科技 新时代 评 为 2008 年度最佳 工程创新奖 这是 我 国继 水立 方 项 目获 此殊荣后 又一个获得 该奖 的项 目 以现代 竹质 工程 材料为主 要结构构 件 德 中同行 活动 首站展 馆 图 2 均采用可装拆 的环保材料 整个展 馆区 由多个独 立的外 观如水滴状的结构组成 每个 水滴 建筑面积 约 86 m z 结 构构件 采用竹 材 的规格 为 80 8 竹柱 间距 为 O 8 ITI 中 间 基金项 目 南京林业大学 大学生科技创新项 目 201002 图 1湖南大学竹结构桥梁 图 2 德 中 同行 活 动 首 站 展 馆 收稿日 2009 08 19 作者简介 周 正 伟 男 199o一 南 京 林 业 大 学 土 木 工 程 学 院 本 科 生 研 究 方 向 新 型 材 料 与 结 构 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 4 2 江苏建筑 2011 年第 5 期 总第 143 期 的梁 采 用 竹 桁 架 竹 子与 竹 子 之 间 用 五 金 件 和 螺 栓 连 接 另 外 可 防风 雨 的馆 顶 由纺 织 物 组 成 外 墙 面 由透 明 的外 罩 组 成 外 罩 的 基架 则 是 竹 板 结 构 现 场 建 有 地 台 承 担竹 结 构 传 递 到 柱 脚 的 反 力 1竹 结 构 嵌 入 钢 筋 增 强 技 术 研 究 1 1 工 艺 流 程 本文提出一种嵌入钢筋增强竹结构 构件所用莺组竹 材 由生 产 厂 商 直接 提供 竹 结 构 嵌 入 钢 筋 增 强 技 术 其 关 键 工艺流程 为 重组竹构件成型一开槽一嵌入钢筋一浸胶一 竹 条 封 面 同化 图 3 首先 竹 质重组梁 柱 的生产工艺 技术要求 符合 G B 50005 2003 要求 开槽则根据设计计算所需加强 的钢筋 直径 根数 在竹胶 梁的下缘或柱子 的加强侧 面划 线开槽 槽宽大于钢筋外径 1 m m 槽 深大于钢筋外径 5 fi lm 开槽 完 成后在槽 内嵌入钢筋 钢筋 若需接 长的则须采用对接焊 的 方 法 连 接 焊 接 质 量 达 到 国标 规 定 要 求 钢 筋 超 过 梁 柱 长 度的与梁 柱切齐 嵌筋之后为浸胶 钢筋嵌入槽 内后 向槽 内注胶填 充密封 密封胶可 以是结 构胶 环氧树脂 乙烯基 树 脂 中 的 一种 密封 胶 需 将 钢 筋 全 覆 盖 包 裹 随后 为 封 面 用宽度略小于槽宽 厚度略小于槽 中钢筋嵌入槽后的剩余 高度 的竹 条进行封 面处理 最后一步为同化 将 已封面的构 件水 平静置 待胶结 固化 也 可采用加热 矧化 达到加 速同 化 加 速 场 地 周 转 的 效 果 一j J b F槽 I Y x 钢 亵 蔹 L 一一 b L c 嵌入钢筋 d 填充及封面 图 3 竹 结 构 嵌 入 式 钢 筋 增 强 关 键 工 艺 流 程 在构件制作过程中需注意如下几点 1 开槽 方向沿构 件 轴 线 方 向 槽 宽 和 槽 深 需 大 于 钢 筋 的直 径 2 钢 筋 布 置 于开 槽 内 且 为 枯 结 填 充 材 料 结 构 胶 环 氧 树 脂 乙烯 基树 脂 中的一 种 所包 裹 3 封面竹条 通过粘结填充 材料与竹 材 相 粘 结 覆 于槽 口处 其 宽 度 与开 槽 的槽 口宽 度 相 同 且 外 表 面 与 开槽 外 口齐平 1 2 结 构 增 强 效 果 该 试 验 的 4 根 对 比 梁 和 4 根 增 强 梁 均 是 截 面 宽 度 106 m m 截 面 高 度 160 m lTl 长 度 l 870 m m 试 验 中取 试 件 净 跨 度 为 1 710 m m 其 中 B S12一l B S12 2 试 件 采 用直 径 12 m m的 级 螺 纹 钢 筋 其 配 筋 率 依 次 为 0 0067 0 0135 B S 16 1 B S16 2 试件采用 16 m m 的钢筋 配筋率 依次 为 0 Ol20 0 0239 本 试 验 为 静 载 试 验 如 图 4 4 点 弯 曲加 载 2 支 点 中 心 距 离 1 7 l0 m m 2 个 加 载 点 间 距 570 m m 集 中荷 载 均 为 匀 速 加 速 试 验 中 前 段 时 间 加 载 速 度 为 2 m m m i n 在 接 近 理论最大荷载时速度变为 1 5 m m m i n 以便 观察试 件的具 体破坏过程 通过对对 比试 件与 4 根嵌入式钢筋增 强试件 的对 比 增 强 效 果 分 析 如 下 通 过 本 试 验 研 究 发 现 相 比 于对 比梁 的 BO 为 4 根 梁 的平均值 在 L 250 为构件跨 径 的同级跨 中位移 下 增 强试 件的承载力提 高了 14 28 其 中 B S12 2 B S 12一 1 分 别 提 高l7 1 17 2 B S16 一 l B S16 2 分 别 提 高 26 O 18 1 在 80kN 的同级 荷载作用下增强试 件的跨 中 位移减小 了 17 23 其 中 B S 12 2 B S 12一 1 分别提 高 28 l4 1 B S16 1 B S16 2 分别 提高 22 8 23 5 这些都表 明了构件增强后刚度得到 了显著的提高 新型嵌 入式钢筋增强竹结构在极限荷载之后的荷载下降段都表现 出非 常 明 显 的 延 性 配 筋 数 量 越 多 荷 载 下 降 越缓 和 这 表 明钢筋 良好的延性 改善了竹结构本 身的脆性破坏 模式 试 验中没有发现钢筋与竹材之间的粘结滑移 说明钢筋与竹 材粘结没有问题 图 4 增 强 结 构 静 载 试 验 表 1 各试件的极限荷载分析 表 2 各试件同级位移下荷载比较 L 250 试 件 编 号 位 移 3o0 位 移L 250 时 时荷载 kN荷载 提高 试件方案与备 注 下 转 第 87 页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 江苏建筑 2011 年第 5 期 总第 143 期 87 沉 降 11 个点 深层水平位移 7 个点 周边建筑 沉降 19 个 点 支撑轴力 6 个断面 支撑立柱 沉降 隆起 5 个点 坑外 水 位 6 个孔 2 监测频率 基坑 开挖初期 每 隔 1 d 2 d 监测一 次 基 坑 开 挖 接 近 坑 底 及 后 一 周 内 每 天 监 测 1 次 基 础 底 板 施 工期间 每隔 1 天监测 1 次 基础底板浇筑完毕后 每隔 2 d 3 d 监 测 一 次 3 4 基 坑 监 测 成 果 及 结 论 综合 以上对 各项监测 数据分 析 比较和 现场巡查 该工 程基坑支护结 构运 行过程中 有效 地控 制外侧土体的变形 对周边建筑 物 道路和管线未产 生不利影响 参 考 文 献 l 郑刚 焦莹 深 基坑 工程设 计理论及 工程 应用 M 中国 建筑 工业 出版社 2010 12 2 JC J120 99 建筑基 坑 枝术 规程 S 中 国建 筑 工业 出版 社 19 99 1 基 坑监测控制要求见表 3 3 G B50497 2009 建筑基坑 工程 监测技术规 范 s 中国建 2 基坑实际监测数据 仅统计最大累计变形值 见表 4 筑工业 出版社 2009 盥业 9 9 I I j 窜 9 9 I 9 f s 窜 拿 s 鲁 9 奎 窜 Il 宣 0 9 窖 章夸l窖 9I 壹 k 窜 I 奎 上 接 第 42 页 2 嵌入式 钢筋增 强竹结构应用分析 2 1经济效益对 比 针对竹结 构工程费用造 价 现结合相关工 程实践 以 1 套面积约 200 m z 的 2 层 别墅为实 例 将钢 筋增强竹结 构与 混凝土框架结构 钢结构作横 向比较 如表 3 竹结构别墅建 造成本 约为 l500 元 m 含基 本 的室 内 装修 与普通 钢筋混凝 土框架 住宅主体 结构建 造成 本接 近 如普通框架结构计人 基本装修 其成本 可达 2 000 元 m 2 而竹结构住宅建成 即带基本 的室内装修 故竹结构住 宅即 使 与传 统结 构形式相 比也具有 良好 的经济性 对于 200 m z 的 2 层 别墅 竹结构造价 3O 万元 和混凝土框架结 构相 当 低 于钢结构 方案 钢筋增强竹结构在达 到与普通竹结构相 同性能 目标 时 可降低竹结构 造价 20 建 筑的建设 和使用 是刚性碳 排放 的主要来 源之一 目 前发达 国家建筑使用能耗 占其全社 会总能耗 的 3O 40 我 国的建筑使用 能耗 占全社会 总能耗 约 28 且 还有上 升 趋势 据 国际竹藤 组织报道 当建造相 同面积 的建筑时 竹 材 与混 凝 土 的能 耗 比为 1 8 与 钢 材 的 能 耗 比 为 1 50 随着 竹结构住宅 的工业化生产 竹结构住宅 的造价还将 进一步 的降低 且 由于竹结 构建 筑中所有管线均布置在 墙体或楼 板内 布置便利 且房间有效使用空 间较 大 竹结构房屋 的得 房率要 比砖混结构房屋高 出 8 10 总 的看来 竹结 构住 宅的综合性能和使用成本都 优于传统住宅 表 3 实例 方 案 比 较 表 结构方案 增强竹结构 钢结构方框架结 构 比较 内容 方案 案 方案 人 工 人 工期 d 能 耗 指 数 标 准 化 程 度 工 程 费 用 万 元 5 6 4 5 1 高 30 l0 12 60 50 高 40 l2 l5 9 0 8 低 3 0 2 2市场分析 目前 我国建筑 行业和房地 产业 空前发展 资料显 示 十 二 五 期 间 以至 2020 年 我 国 城 镇 住 宅 投 资年 均 实 际增 速 在 12 左右 平均 每年拉 动经 济增 长约 1 1 个 百分 点 十二五 期间 我国建 筑业 年开复工面积 初步预计将持续 保 持在近 2O 亿 m 的水 平 然而 目前新建住房大部分为 钢筋 混凝 土结构 只有 不 到 1 为木结构建筑 未能满足不 同层次人们 的需要 就全 国范 围来 讲 新 型竹结构房屋的市场基本还是空 白 因此发 展 的空间很大 伴 随着竹结构 的研究在我 国起 步 由于它具 有许 多优 良特性 越来越 受到人们的关注和青睐 在未来 的 建筑市场 中将 具有很强的竞争力 与此 同时 我们也要对竹结 构进行客观地分析 解决好 目前存在 的问题 以利 于竹结构 房屋的顺利发展 3 结语 竹材是绿 色低 碳环 保材 料 在当前大力发展低碳经济 可持 续发展经 济和绿 色经济 的大背景下 研究