[发明专利]一种体内预应力竹工字梁

说明书

本发明提供了一种体内预应力竹工字梁，它主要包括上翼缘(1)、下翼缘(2)、预应力筋(3)、腹板(4)、加劲肋(5)和防腐剂(6)。其中，上翼缘(1)和下翼缘(2)采用竹集成材，预应力筋(3)采用螺纹钢筋、刻痕钢丝或钢绞线，腹板(4)采用定向刨花板，加劲肋(5)采用速生杨木、云杉或樟子松方木。上翼缘(1)、下翼缘(2)和腹板(3)之间通过胶粘剂连接。本发明的体内预应力竹工字梁具有轻质高强、刚度大、耐久性好和延性性能好等特点，可替代传统重竹梁、木工字梁和实木梁应用于木结构、竹结构和组合结构领域中的受弯构件，也是利用竹材、转化竹资源的有效途径，社会效益和生态效益十分显著。

技术领域

本发明属于土木建筑结构领域，具体涉及一种现代竹结构房屋、木结构房屋和竹木结构房屋使用的体内预应力竹工字梁构件。

背景技术

我国的环境污染问题非常突出，随着公众环保意识的增强，绿色、生态、低碳的新型建筑材料必将是土木工程发展的趋势。建筑业的发展在很大程度上是以能源、资源的过度消耗和环境污染为代价实现的。为了减少对粘土粘、钢材和水泥的依赖，节能环保、可再生的绿色建材日益受到人们的青睐。竹子具有强度高、生长快及韧性好等优点，可取代普通阔叶木材和针叶材，有着广泛的应用前景。将竹材作为主要建材应用于工程领域利国利民，实现“以竹代木”有利于降低对钢材、水泥和粘土砖等传统建筑材料的依赖，同时也符合《中国制造2025》所确定的开发利用农林生物质资源的主题。

竹结构建筑具有抗震性能好以及对环境的负荷小的特点，其应用范围得到不断拓展。原竹梁和重竹梁是竹结构建筑中最常用的基本构件之一，在其使用过程中存在以下问题：(1)原竹梁和重竹梁破坏前无明显征兆，表现出典型的脆性破坏特征；(2)重竹的弹性模量不高，竹梁作为受弯构件设计时往往由截面的刚度控制，而按强度设计时的承载能力是按刚度设计时的3～5倍，造成了材料的极大浪费，经济性差；(3)原竹的抗剪强度不高，受自然生长条件的限制，原竹的物理力学性能离散性较大，材质不均匀；(4)受现有加工工艺的限制，重竹的最大长度不超过2m，使得重竹梁的使用严重受限；(5)原竹横向受力较差，易开裂，耐久性差。

如何改善和提高原竹梁和重竹梁的变形能力和力学性能是其在竹结构建筑应用中所面临的难题，竹集成材是将速生、短周期的毛竹加工成一定规格的竹片，干燥至含水率8％～12％，再通过胶粘剂将同方向竹片胶合成矩形截面的规格材，具有弹性模量高、力学强度高、易加工的特点。相比原竹梁和矩形截面竹梁而言，体内预应力竹工字梁拥有更高的承载能力、更好的变形性能以及良好的延性性能，是解决制约生态环保型竹结构建筑发展的一个重要途径，市场应用前景十分广阔。

发明内容

本发明所要解决的目的旨在克服现有原竹梁和重竹梁承载能力低、延性差和变形性能差等缺点，提供一种力学性能好、成本低廉、结构简单以及节能环保型的体内预应力竹工字梁，用以取代原竹梁和重竹梁，可作为楼面梁和屋面梁应用于木结构建筑、竹结构建筑以及竹木组合结构中。

在本发明中，体内预应力竹工字梁由上翼缘、下翼缘、腹板、加劲肋、预应力筋、胶粘剂、钉子和防腐剂共同组成。其中：上翼缘位于工字梁顶部，承担压应力；预应力筋置于下翼缘内，承担拉应力，腹板位于工字梁中部，主要承担剪应力；腹板两侧斜面与上翼缘和下翼缘通过槽用胶粘剂连接；防腐剂涂刷于竹工字梁表面，提高工字梁的防潮防腐等耐久性能。

本发明的基本原理如下：腹板布置于工字梁侧面，其高度略低于工字梁高度，主要承担工字梁所承担的剪切力；上翼缘置于工字梁顶部，远离中性轴，主要承担弯矩所产生的压力；预应力筋置于下翼缘内，呈左右对称布置，通过对下翼缘预先施加使其在跨中产生负弯矩的力，以推迟裂缝的出现和开展，从而提高梁构件的抗裂性能和刚度；加劲肋置于工字梁端部，提高腹板的局部失稳能力。竹集成材翼缘具有较高的强重比、较好的弹性和韧性，竹胶合板腹板具有较高的抗剪切能力、低廉的成本，通过胶粘剂将3种材料有机结合，充分发挥各自的优点，拓宽了体内预应力竹工字梁在工业建筑和民用建筑中的应用范围。