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基本信息

作品名称:
新型嵌入式钢筋增强竹结构
大类:
科技发明制作A类
小类:
机械与控制
简介:

本项目提出一种新型嵌入式钢筋增强竹结构,针对竹结构,尤其竹材受弯构件,通过嵌入式技术,将钢筋复合于竹材截面受拉部分,利用钢筋较高的弹性模量和良好的延性,重点解决竹结构刚度低、力学性能离散、破坏模式脆性等应用缺陷,提高竹材对于结构工程的适用性。新型嵌入式钢筋增强竹结构优点显著,易加工、易于工业化生产、施工速度快等,可作为木结构的替代形式。

详细介绍:

在当前发展低碳经济的大背景下,绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材料是土木工程科技发展的必然方向。竹材最大的优势是绿色环保和原材料可再生,竹材具有较高的强重比,可达钢材的3~6倍,远胜于混凝土等材料,竹材变形能力强,同时又具有较高的强重比、较好的弹性与韧性,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,竹结构具有施工速度快,构件、节点易标准化,易工业化生产的优点。但是,作为竹结构的主要受力构件,无论是采用竹帘胶合板、竹材层积材,还是竹材重组材加工制作,其在应用中存在以下问题:
竹材的弹性模量低,竹材受弯构件的设计都为截面的刚度控制,按挠度限值(GB50005-2003《木结构设计规范》规定,梁和格栅的挠度限值为L/250)验算的极限承载力大约是按强度验算极限承载力的20%~30%,造成材料较低的强度利用率,截面设计较大,经济性差;竹梁截面下部受拉区的缺陷对强度降低的影响较大,造成实际力学性能较离散,往往由于受拉区的局部缺陷提前破坏;竹梁的破坏模式典型特征是底部受拉区竹纤维达到极限拉应变,破坏模式较脆,破坏过程较短暂,与结构构件对延性的需求不相符。
针对竹材工程材料力学性能的不足,需寻求改善与增强的技术措施,才能提高其对工程结构的适用性,如中国专利第“02120518.3”号,提出了一种“重组竹材胶合板制造方法”,用该方法制造的竹材胶合板,提高了强度和利用率,但其弹性模量基本未得到提高;又如中国专利第“200520010970.6”号,公开了一种“一种毛竹玻璃纤维复合梁柱”,通过在毛竹四周填充之后包覆玻璃纤维树脂层,对毛竹进行增强,提高其寿命,节约材料,但该技术针对毛竹的原竹,其难以适应现代工程结构的要求。
相对于竹材,钢材具有较高的弹性模量和较好的延性。普通钢材的弹性模量在210GPa左右,大约是竹材的20倍左右,钢材在受力时表现为弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段,其屈服阶段的屈服平台赋予了钢材极大的延性,钢材的极限应变高达10万个微应变,如此高的极限应变使得钢结构作为受力结构构件时,表现出非常好的延性,另外,工程领域广泛应用的钢筋混凝土结构,正是利用钢筋与混凝土的取长补短,使得钢筋混凝土结构仍然可以表现出良好的延性,虽然混凝土是脆性材料。
本项目提出嵌入式钢筋增强竹结构,针对竹结构,尤其竹材受弯构件,通过嵌入式技术,将钢筋复合于竹材截面受拉部分,利用钢筋较高的弹性模量和良好的延性,重点解决竹结构刚度低、力学性能离散、破坏模式脆性等应用缺陷。
本项目新颖独到,具有原创性。可以广泛应用于土木工程领域的梁、柱等承重构件。

获奖情况:

第十二届“挑战杯”作品 三等奖
2011年2月,通过校大学生科技创新项目立项审批;
2011年3月,“一种嵌入式钢筋增强竹结构”实用新型专利申请受理(申请号:201120055389.1);
2011年3月,经江苏省科技查新咨询中心查新证实未见相关文献报道(查新报告编号:201132B2501772);
2011年4月,在江苏省盐城市,通过了盐城市交通运输局组织的科技成果会议鉴定,鉴定结果为总体达到国内领先水平。

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