一種木-輕質(zhì)金屬管組合柱的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種木?輕質(zhì)金屬管組合柱。所述木?輕質(zhì)金屬管組合柱包括縱向延伸的鋁合金管和縱向延伸的木柱，所述木柱套裝在所述鋁合金管中，且在木柱外壁面與鋁合金管內(nèi)壁面之間設(shè)有自密實粘結(jié)材料層，該自密實粘結(jié)材料層將所述木柱和鋁合金管固定連接成一個整體式組合柱。本實用新型抑制了木柱受壓引起的開裂和鋁合金管受壓時局部失穩(wěn)，提高了木柱和鋁合金管的承載力，并可使木柱避免蟲害、腐蝕和易燃的問題。
【專利說明】
一種木-輕質(zhì)金屬管組合柱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種木-輕質(zhì)金屬管組合柱，它主要用于工程結(jié)構(gòu)柱，屬于土木工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]木結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點，如木材可再生、綠色環(huán)保、保溫隔熱性能好、重量輕、木結(jié)構(gòu)抗震性能好、施工方便、建筑美觀，特別是國家現(xiàn)在大力提倡建筑節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，木結(jié)構(gòu)顯示出一定的競爭力和良好的市場前景。
[0003]輕質(zhì)金屬材料，如鋁合金材料因具有輕質(zhì)高強、低溫下強度和延性好、耐腐蝕、免維護、易于成型、美觀而具有裝飾效果，易回收、再處理成本低、再利用率高、回收剩余價值高、環(huán)境保護好等優(yōu)點，因而近年來鋁合金結(jié)構(gòu)在建筑工程和海洋工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
[0004]盡管木結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點，但兩種結(jié)構(gòu)仍存在一些缺點。木結(jié)構(gòu)易受蟲侵害、易腐蝕、易燃燒。此外，對木柱而言，其在受壓時出現(xiàn)縱向開裂，降低了柱的承載力。而鋁合金管單獨受壓時，容易發(fā)生局部失穩(wěn)破壞。
[0005]目前，已有針對木柱受壓縱向開裂和鋁合金管局部失穩(wěn)的應(yīng)對措施，如在木柱和鋁合金管橫向均可粘貼FRP布進行加強。而對木結(jié)構(gòu)蟲害、腐蝕和易燃燒問題也有相應(yīng)的物理和化學(xué)處理措施，但這些處理措施顯得繁瑣。目前還沒有見到通過利用上述兩種環(huán)保型材料，將木柱與鋁合金管進行組合形成結(jié)構(gòu)柱以簡便的方式解決上述問題的實例。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]為了克服輕質(zhì)金屬管單獨受壓時，容易發(fā)生局部失穩(wěn)的缺點；以及為了解決木柱受壓由于出現(xiàn)縱向開裂降低柱的承載力，木材易受蟲侵害、易腐蝕、易燃燒的問題，本實用新型旨在提供一種木-輕質(zhì)金屬管組合柱，可抑制木柱受壓引起的開裂和輕質(zhì)金屬管受壓時局部失穩(wěn)，提高了木柱和輕質(zhì)金屬管的承載力，并可使木柱避免蟲害、腐蝕和易燃的問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種木-輕質(zhì)金屬管組合柱，包括縱向延伸的輕質(zhì)金屬管和縱向延伸的木柱，其結(jié)構(gòu)特點是，所述木柱套裝在所述輕質(zhì)金屬管中，且在木柱外壁面與輕質(zhì)金屬管內(nèi)壁面之間設(shè)有自密實粘結(jié)材料層，該自密實粘結(jié)材料層將所述木柱和輕質(zhì)金屬管固定連接成一個整體式組合柱。
[0009]由此，木柱位于組合柱橫截面的核心位置，輕質(zhì)金屬管位于截面的最外圍，填充的自密實粘結(jié)材料層位于外圍輕質(zhì)金屬管與核心木柱之間的空隙，充分利用了輕質(zhì)金屬管和木柱在受力過程中的相互作用，即在核心木柱與輕質(zhì)金屬管之間的空隙填充自密實粘結(jié)材料，使核心木柱受到外圍的輕質(zhì)金屬管的約束，從而抑制了木柱受壓引起的開裂，提高了核心木柱的承載力；同時由于內(nèi)部核心木柱及空隙填充材料的存在，延緩了輕質(zhì)金屬管的局部失穩(wěn)，從而使其材料性能得到充分發(fā)揮。此外，輕質(zhì)金屬管與空隙填充材料對木柱的包裹作用還能提高木柱的防火、防腐蝕及抗蟲害能力，增加木柱的使用壽命。
[0010]根據(jù)本實用新型的實施例，還可以對本實用新型作進一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
[0011 ]所述自密實粘結(jié)材料層為自密實膨脹水泥砂漿層、自密實膨脹細石混凝土層和結(jié)構(gòu)膠層中的至少一種。由此，所述外圍輕質(zhì)金屬管與核心木柱之間的填充自密實粘結(jié)材料層可采用為自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹細石混凝土，還可使用結(jié)構(gòu)膠，保證其膠合強度不低于木材順紋抗剪和橫紋抗拉強度。
[0012]所述自密實粘結(jié)材料層為自密實膨脹水泥砂漿層或自密實膨脹細石混凝土層時，所述木柱外壁面上設(shè)有防水層。
[0013]為了提高整體式組合柱的結(jié)構(gòu)強度和剛度，所述結(jié)構(gòu)膠層的膠合強度不低于木材順紋抗剪強度和橫紋抗拉強度。
[0014]所述木柱與輕質(zhì)金屬管間的空隙不能太大，以能夠完成填充材料施工要求所需尺寸為宜，優(yōu)選所述自密實膨脹水泥砂漿層或自密實膨脹細石混凝土層的厚度為15mm—50mm，更優(yōu)選為20mm-40mm，最優(yōu)選為28mm-32mm ；所述結(jié)構(gòu)膠層的厚度為10mm-20mm，更優(yōu)選為13_-18_。換句話說，所述木柱與輕質(zhì)金屬管間的空隙根據(jù)填充的材料不同，間隙不同。
[0015]優(yōu)選所述輕質(zhì)金屬管為鋁合金管。更優(yōu)選地，所述輕質(zhì)金屬管為5XX X系列或6X X X系列鋁合金材料制成的鋁合金管。
[0016]為了保證核心木柱受到外圍的輕質(zhì)金屬管的均勻約束，從而抑制木柱受壓引起的開裂，進一步提高核心木柱的承載力，所述整體式組合柱的垂直于其長度方向的橫截面中，木柱的截面中心與輕質(zhì)金屬管的截面中心重合。換句話說，所述木柱與輕質(zhì)金屬管的截面形式可以不同。優(yōu)選所述橫截面為圓形、方形、矩形、多邊形或不規(guī)則形狀。不規(guī)則形狀如L形，T形等。
[0017]所述木柱優(yōu)選采用缺陷較少的木材為原料進行制作。
[0018]優(yōu)選所述木柱的橫截面尺寸與輕質(zhì)金屬管的橫截面尺寸沿組合柱的長度方向均勻一致，不發(fā)生變化。
[0019]本申請的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，所述組合柱通過木柱與輕質(zhì)金屬管的力學(xué)性能優(yōu)勢互補，可極大地延緩輕質(zhì)金屬管的局部屈曲，提高單一木柱承載力、剛度，產(chǎn)生協(xié)同作用。此夕卜，輕質(zhì)金屬管及輕質(zhì)金屬管與木柱間空隙的填充材料對木柱的包裹作用還能提高木柱的防火、防腐蝕及抗蟲害能力，增加木柱的使用壽命。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型將木柱與輕質(zhì)金屬管進行組合，不僅可以彌補兩種材料各自的缺點，充分發(fā)揮二者的優(yōu)點，使兩種材料產(chǎn)生協(xié)同作用，極大地延緩輕質(zhì)金屬管的局部屈曲，提高單一木柱和單一輕質(zhì)金屬管的承載力、剛度，從而使得木柱與輕質(zhì)金屬管的性能得到充分利用，同時避免了木柱抗蟲害、防腐蝕和防火所需的繁雜物理和化學(xué)處理措施，從而得到具有力學(xué)性能優(yōu)良、耐腐蝕、環(huán)保等諸多優(yōu)點的結(jié)構(gòu)柱。
[0021]本實用新型可用于工程結(jié)構(gòu)承重柱，也可作為加固木柱，應(yīng)用范圍很廣。
[0022]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。
【附圖說明】
[0023]圖1為組合柱的橫截面為圓形截面(外圓管-內(nèi)圓木柱)的示意圖；
[0024]圖2為組合柱的橫截面為矩形截面(外矩形管-內(nèi)矩形木柱)的示意圖；
[0025]圖3為組合柱的橫截面為方形截面(外方管-內(nèi)方木柱)的示意圖；
[0026]圖4為組合柱的橫截面為六邊形截面(外六變形管-內(nèi)圓木柱)的示意圖；
[0027]圖5為組合柱的橫截面為異性截面(外L形管-內(nèi)L形木柱)的示意圖；
[0028]圖6為組合柱的橫截面為圓形截面(外圓形管-內(nèi)方形木柱)的示意圖。
[0029]在圖中
[0030]I 一木柱:2—鋁合金管:3-自密實膨脹水泥砂漿:4-自密實膨脹細石混凝土: 5-結(jié)構(gòu)膠。
【具體實施方式】
[0031]—種木一輕質(zhì)金屬管組合柱，如圖1?圖6所示，截面核心為木柱I，截面最外圍為鋁合金管2，核心木柱I與鋁合金管2之間的間隙通過自密實粘結(jié)材料填充。自密實粘結(jié)填充材料種類包括自密實膨脹水泥砂漿3(如圖1、圖4?圖6)、自密實膨脹細石混凝土4(如圖2)和結(jié)構(gòu)膠5(如圖3)。組合柱整體截面形狀通過鋁合金管2的截面形狀確定，如圖1為圓形截面、圖3為矩形截面、圖4為多邊形截面、圖5為L形截面均是由鋁合金管2的截面形狀確定。核心木柱截面形狀可與整體截面形狀相同(如圖1?圖3、圖6)，也可以不一致(如圖4、圖6)，但核心柱與鋁合金管的幾何中心重合。本實用新型涉及的組合柱所包含的核心木柱與鋁合金管的截面尺寸沿柱長度方向均勻一致。
[0032]—種木一輕質(zhì)金屬管組合柱的制備方法，具體制作步驟包括如下:
[0033]I)根據(jù)設(shè)計需要選擇木柱的材料種類與截面尺寸，并進行木材的缺陷檢查，對小尺寸的組合柱優(yōu)選缺陷少的木材；
[0034]2)對成型的木柱進行干燥，將其含水率控制在不超過環(huán)境的平衡含水率。通過木材含水率的控制使組合柱成型后不至于在環(huán)境中繼續(xù)干縮而影響鋁合金管對核心木柱的約束效果。而在遭遇水環(huán)境時即使有吸水膨脹的趨勢，但由于鋁合金管對核心柱約束作用，此時也不會產(chǎn)生不利的后果。
[0035]3)對填充材料為自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹細石混凝土的組合柱，在澆筑填充材料之前需對木柱進行表面防水處理。通過防水處理防止木材過多吸收砂漿或混凝土的水分，從而保證砂漿或混凝土正常硬化，達到設(shè)計所要求的質(zhì)量。
[0036]4)根據(jù)設(shè)計需要選擇鋁合金管的材料種類與管截面尺寸、管長度；
[0037]5)將處理好的木柱放入鋁合金管內(nèi)，并在兩端塞木楔固定柱與鋁合金的相對位置，使兩者同心。然后將一端開口封閉；
[0038]6)在鋁合金管與木柱間的空隙填充自密實膨脹水泥砂漿或自密實膨脹細石混凝土、或者結(jié)構(gòu)膠，對組合柱進行養(yǎng)護。
[0039]為了更好地描述一種木一輕質(zhì)金屬管組合柱的制備方法和過程，以下采用兩個實施例加以說明。
[0040]實施例1:
[0041]本實施例組合柱為圓形截面(如圖1)，采用鋁合金圓管2，管外徑為220mm，管壁厚為5mm，管長度與柱長相同為3000mm，鋁合金材料為6082-T4。
[0042]核心木柱I長3000mm，外徑為160mm，木柱與招合金管間隙為30mm，可供本實施例組合柱采用的自密實膨脹水泥砂漿3的施工。
[0043]圓形木柱優(yōu)選缺陷少的木材進行制作，然后對木柱進行干燥，將木材的含水率降至環(huán)境平衡含水率以下，如本地環(huán)境平衡含水率為17%，則把木材的含水率控制不超過該值。干燥后在木柱表面涂抹防水劑進行防水處理。
[0044]木柱制作及防水處理完畢后，將其放置鋁合金管中，并在兩端鋁合金管與木柱間空隙各放置四個木楔，以保持鋁合金管與木柱間的相對位置。再將組合柱一端用采用木板封閉，封閉做法:先在木板表面涂油脂以便于拆卸，然后采用木釘或螺絲將木板固定在核心木柱?而頭。
[0045]接著配置自密實膨脹水泥砂漿，砂的最大粒徑為4.75mm，因此自密實膨脹水泥砂漿可在鋁合金管與木柱間的空隙(優(yōu)選為30_)很好的流動。由于柱身較長，可借助于注漿機完成間隙的自密實膨脹水泥砂漿的填充。
[0046]最后進行養(yǎng)護，養(yǎng)護完畢將一端用于封閉的木板拆除。
[0047]實施例2:
[0048]本實施例組合柱為方形截面(如圖3)，采用鋁合金方管2，方管外邊長為120mm，管壁厚為3.5mm，管長度與柱長相同為1500mm，鋁合金材料為5083-H12。
[0049 ] 核心木柱I為方形，邊長為90_，木柱長1500，木柱與招合金管間隙為15mm。
[0050]方形木柱的選材及處理同實施例1。但本實施例采用結(jié)構(gòu)膠5作為填充材料，不需在木材表明進行防水處理。
[0051]將木柱放置鋁合金管中，并在兩端鋁合金管與木柱間空隙各放置四個木楔，以保持鋁合金管與木柱間的相對位置。再將組合柱一端用采用木板封閉，封閉做法:先在木板表面貼兩層隔離紙以便于拆卸，然后采用木釘或螺絲將木板固定在核心木柱端頭。
[0052]接著配置結(jié)構(gòu)膠，由于結(jié)構(gòu)膠是液態(tài)的，因此可在15mm的管內(nèi)間隙自由流動，對粘性較大的結(jié)構(gòu)膠，可借助于注漿機完成間隙的填充。
[0053]最后進行養(yǎng)護，待結(jié)構(gòu)膠凝固以后，將一端用于封閉的木板拆除。
[0054]上述實施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本實用新型，而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種木-輕質(zhì)金屬管組合柱，包括縱向延伸的輕質(zhì)金屬管(2)和縱向延伸的木柱(I)，其特征在于，所述木柱(I)套裝在所述輕質(zhì)金屬管(2)中，且在木柱(I)外壁面與輕質(zhì)金屬管(2)內(nèi)壁面之間設(shè)有自密實粘結(jié)材料層，該自密實粘結(jié)材料層將所述木柱(I)和輕質(zhì)金屬管(2 )固定連接成一個整體式組合柱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述自密實粘結(jié)材料層為自密實膨脹水泥砂漿層、自密實膨脹細石混凝土層和結(jié)構(gòu)膠層中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述自密實粘結(jié)材料層為自密實膨脹水泥砂漿層或自密實膨脹細石混凝土層時，所述木柱(I)外壁面上設(shè)有防水層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述自密實膨脹水泥砂楽層或自密實膨脹細石混凝土層的厚度為15_—50mm;所述結(jié)構(gòu)膠層的厚度為10mm-20mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述輕質(zhì)金屬管(2)為招合金管。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述輕質(zhì)金屬管(2)為5系鋁合金材料或6系鋁合金材料制成的鋁合金管。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述整體式組合柱的垂直于其長度方向的橫截面中，木柱(I)的截面中心與輕質(zhì)金屬管(2)的截面中心重入口 ο8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述橫截面為圓形、方形、矩形、多邊形或不規(guī)則形狀。9.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的木-輕質(zhì)金屬管組合柱，其特征在于，所述木柱的橫截面尺寸與輕質(zhì)金屬管的橫截面尺寸沿組合柱的長度方向均勻一致。
【文檔編號】E04C3/36GK205617658SQ201620261712
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】曾翔, 曹寶珠
【申請人】海南大學(xué)