專利名稱：全復合材料格構(gòu)樁柱的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種全復合材料組合樁柱，尤其是一種全部利用復合材料制造 的耐腐蝕性能好、重量輕、強度高的基礎樁柱，它可用于海洋環(huán)境中土木工程結(jié)構(gòu)領域的墩 柱、管樁基礎、碼頭自浮式靠船墩體系以及可用作搶修搶建工程的墩柱以及電線桿、風力發(fā) 電、高壓輸電支撐件，具體地說是一種全復合材料格構(gòu)樁柱。
背景技術(shù)：
我國傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料大多采用水泥、鋼材等，為我國城市化進程和大規(guī)?；A設施 建設提供了堅實的物資保證。但是，無論是鋼材還是混凝土，都是一種能源消耗性的材料， 并在相當程度上污染了環(huán)境，對環(huán)境生態(tài)造成一定影響。此外，早期采用鋼材和混凝土建造 的許多工程項目，尤其是大型基礎設施工程項目，由于各種原因出現(xiàn)了影響其耐久性和使 用壽命的問題，大量的養(yǎng)護和加固費用支出使得人們認識到工程結(jié)構(gòu)耐久性的重要性。在 這樣的背景下，從上世紀90年代開始，出于對有限資源的節(jié)約和對環(huán)境保護意識的不斷 增強，可持續(xù)發(fā)展成為政府的重要戰(zhàn)略目標，并逐漸形成“可持續(xù)性工程”和“綠色工程”的 概念。基于這一目標，開發(fā)新型節(jié)能、生態(tài)環(huán)保、高性能結(jié)構(gòu)材料勢在必行。由纖維材料與 基體材料按一定比例混合并經(jīng)過一定工藝復合形成的高性能新型材料復合材料自從20世 紀40年代問世以來，在航空、航天、船舶、汽車、化工、醫(yī)學和機械等領域得到廣泛的應用。近年來，復合材料以其高強、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點，開始在土木與建筑工程結(jié)構(gòu)中 得到應用，并受到工程界的廣泛關注。纖維增強復合材料雖然抗拉強度較高，但同時存在 剛度較低的弱點，且受經(jīng)濟條件的制約。因此若要實現(xiàn)在土木工程中大規(guī)模應用，還需將纖 維增強復合材料與其他材料相結(jié)合，通過創(chuàng)新構(gòu)造與成型工藝提高構(gòu)件的強度與剛度、降 低成本。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的復合材料樁柱存在的剛度低，制造復雜的問題， 提高一種剛度高、制備簡單，無需大型設備即可快速成形的全復合材料格構(gòu)樁柱。本實用新型的技術(shù)方案是一種全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是它由若干柱形體拼接而成，每個柱形體由輕 質(zhì)芯材2和包裹在輕質(zhì)芯材表面的最終經(jīng)真空浸漬導入形成格構(gòu)的內(nèi)纖維布層3組成，各 柱形體2拼接后的外層表面包裏有最終經(jīng)真空浸漬導入形成外殼的外纖維布層1。相拼接的樁柱的端面之間形成有以包裹的纖維布組成的橫隔板4。所述的纖維布層為碳纖維布層、玻璃纖維布層、玄武巖纖維布層或芳綸纖維布層。所述的輕質(zhì)芯材2為泡沫或木材。所述的柱形體的橫截面形狀為三角形、梯形、長方形、正方形、扇形或拱形與多邊 形的組合體。本實用新型的有益效果[0012]1.本實用新型提出的全復合材料格構(gòu)樁柱，充分利用了復合材料輕質(zhì)、高強、耐腐 蝕的特點，以聚氨酯泡沫為芯材的格構(gòu)樁柱其自重只有混凝土的1/10，鋼的1/36，以泡桐 木為芯材的格構(gòu)樁柱自重只有混凝土的1/5，鋼的1/17。因此它可用作運輸起重機械難以 到達的山區(qū)道路橋梁承重樁柱、電線桿、風力發(fā)電支撐桿以及戰(zhàn)時橋梁搶修搶建。2.纖維層可以采用混雜或者單一纖維多角度鋪設，格構(gòu)層厚度可根據(jù)具體的受力 要求進行設計。各塊包裹纖維層的芯材通過真空導入的樹脂浸漬成整體，提高了截面的強 度與剛度。3.本實用新型提出的制備工藝實施方便，無需大型拉擠設備即可成型各種復雜的 截面。

圖1是利用本實用新型方法制備的截面呈實心八角形的全復合格構(gòu)樁柱的示意 圖。圖2是圖1的樁柱的縱向剖視圖。圖3是全部利用三角形拼接體拼接形成的本實用新型的樁柱的截面示意圖。圖4是本實用新型的圓形樁柱的斷面示意圖。圖5是本實用新型的矩形的樁柱的斷面示意圖。圖6是本實用新型的中空的八角形樁柱的斷面示意圖。圖7是本實用新型的部分拼裝體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是與圖1相配的待真空導入的樁柱的方體示意圖。圖9是圖8所示的樁柱成形后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是帶有一度錐度的樁柱結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。實施例一。如圖1、7、8、9 所示。一種八角形全復合材料格構(gòu)樁柱，它由若干柱形體拼接而成，每個柱形體由輕質(zhì) 芯材2和包裹在輕質(zhì)芯材表面的最終經(jīng)真空浸漬導入形成格構(gòu)的內(nèi)纖維布層3組成，各柱 形體2拼接后的外層表面包裏有最終經(jīng)真空浸漬導入形成外殼的外纖維布層1。其制造方 法為第一步，根據(jù)最終成形的樁柱的形狀，將其分解為由為四個長方體、四個三角體和 一個正方體組成的柱狀體，如圖1所示；第二步，將輕質(zhì)芯材2 (泡沫或木材)加工成與上述形狀一致的四個長方體、四個 三角體和一個正方體并用纖維布3 (可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維)將其 表面分別包裹定形共得到九個中間體，各中間體的形狀如圖7所示；第三步，將前述包裹成形的九個柱狀體拼成一個與最終成形的樁柱一致的拼裝 體，再用纖維布3 (可為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維)將拼裝體包裹形成一個 整體，如圖8所示；[0032]第四步，將上述包裹成整體的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空導 入環(huán)氧樹脂(也可以是聚氨酯樹脂等常用的樹脂)浸漬定形，使環(huán)氧樹脂滲入輕質(zhì)芯材中并 將纖維布固結(jié)成形，得到以包裹的纖維布為格構(gòu)體1的復合材料格構(gòu)樁柱，如圖9所示。對于長度較長(超過芯材的長度)的樁柱，可將樁柱截面分解成若干簡單的柱狀 體，將兩根或兩根以上包裹成圖8所示的拼裝體裝入成形模具中，在模具上開孔進行真空 導入樹脂浸漬定形，可得到以縱向包裹的纖維布為格構(gòu)體、端面包裹的纖維布為橫隔板4 的復合材料格構(gòu)樁柱，如圖2所示。本實施例所述的真空導入和浸漬溫度均與現(xiàn)有技術(shù)相同。本實施例制備所得的樁柱重量只有普通混凝土構(gòu)件的1/10，鋼構(gòu)件的1/36，抗拉 強度與鋼接近，以Balsa輕木為芯材的格構(gòu)樁柱抗壓強度與C25和C30混凝土的軸心抗壓 強度接近。實施例二。如圖3所示。本實施例與實施例一的區(qū)別在于組成八角形的拼裝體全部采用相同的三角形柱體 (共8個)拼裝而成，每個三角形柱體的各面全部用纖維布包裹。實施例三。如圖4、7所示。本實施例與實施例一的區(qū)別在于最終成形樁柱的形成為圓形，該圓形由一個正方 體、四個扇形(圖7e)和四個由拱形與多邊體(圖7d)拼接成的異形柱體組成。實施例四。如圖5所示。本實施例與實施例一的區(qū)別在于最終成形樁柱的形成為方形，該方形由九個正方 體拼接而成。實施例五。如圖6、7所示。本實施例與實施例一的區(qū)別在于最終成形樁柱的為中心八角開結(jié)構(gòu)，它由完全相 同的八個梯形體(如圖7c)拼接而成。實施例六。如圖10。本實施例與實施例一的區(qū)別在于整個樁體呈錐形結(jié)構(gòu)。實驗證明，實施二 實施例的樁柱的性能與實施例一樣，其綜合性能同比均有很 大的提高。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是它由若干柱形體拼接而成，每個柱形體由輕質(zhì) 芯材(2)和包裹在輕質(zhì)芯材表面的最終經(jīng)真空浸漬導入形成格構(gòu)的內(nèi)纖維布層(3)組成， 各柱形體(2)拼接后的外層表面包裏有最終經(jīng)真空浸漬導入形成外殼的外纖維布層(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是相拼接的樁柱的端面之間形 成有以包裹的纖維布組成的橫隔板(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是所述的纖維布層為碳纖維布 層、玻璃纖維布層、玄武巖纖維布層或芳綸纖維布層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是所述的輕質(zhì)芯材(2)為泡沫 或木材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是所述的柱形體的橫截面形狀 為三角形、梯形、長方形、正方形、扇形或拱形與多邊形的組合體。
專利摘要一種全復合材料格構(gòu)樁柱，其特征是它由若干柱形體拼接而成，每個柱形體由輕質(zhì)芯材(2)和包裹在輕質(zhì)芯材表面的最終經(jīng)真空浸漬導入形成格構(gòu)的內(nèi)纖維布層(3)組成，各柱形體(2)拼接后的外層表面包裏有最終經(jīng)真空浸漬導入形成外殼的外纖維布層(1)。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單，成形方便，強度高，用途廣的優(yōu)點。
文檔編號E02B3/20GK201891129SQ201020259628
公開日2011年7月6日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉偉慶, 方海, 王俊, 祝露, 趙慧敏, 陸偉東 申請人:南京工業(yè)大學