中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有较高的轴压性能和环向抗压能力的中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法，该空心柱包括多层胶接的单板层；单板层是由中山杉单板以20‑40°螺旋角螺旋缠绕而成；相邻单板层螺旋方向相反。该制备方法，采用由有纵缝的弹性圆管、插入圆管两端的两个堵头、穿过两个堵头的支撑轴等组成的专用工装，把单板从圆管的一端开始以一定螺旋角进行螺旋缠绕；每缠绕一段采用一个喉箍临时固定，直到缠绕到圆管的另一端形成单板层；对缠绕好单板层或者新的单板涂胶；把新的中山杉单板采用螺旋缠绕在已经缠绕好的单板层上；对最外层单板层施压20‑30h；把圆管两端的堵头取下，圆管上的纵缝在弹性作用下闭合，圆管与空心柱分离，取出圆管得到空心柱。

Zhongshan fir single plate spiral wound hollow column and preparation method thereof

The invention provides a high performance axial and circumferential compressive capacity of Zhongshan fir veneer spiral hollow column and a preparation method thereof, which comprises a single layer multilayer hollow column plate adhesive; veneer layer is composed of Zhongshan fir board with 20 40 degree helical winding and adjacent; the single layer plate opposite spiral direction. The preparation method adopted by a longitudinal elastic circular tube, inserted into both ends of the pipe plug, two through two special support shaft etc plug installed, one end of the board from the tube began to spiral angle of spiral winding; each winding a section uses a hose clamps temporary fixation, until the wound to the other end of the tube to form a single circular plate layer; on the wound veneer layer or new veneer glue; the Zhongshan fir veneer using new spiral winding single layer plate has been in good; on the outer layer board 20 30h pressure circle; both ends of the plug is removed, the circular tube longitudinal seam closed under the action of elasticity, tube and hollow column, remove the pipe by the hollow column.

【技术实现步骤摘要】
中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法
本专利技术涉及中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法。
技术介绍
千年前在古希腊、埃及等地，梁柱已经成为木结构的基本形式，在具有千年文明的古中国，木结构建筑有自己特有的传统，是延续几千年的独特体系。木结构作为最主要的建筑方式，可以说是中国古代建筑的灵魂。木柱作为重要的承重与装饰构件，在木结构建筑中起着重要的作用。相比钢筋混凝土柱，木柱有着得天独厚的优势。木质材料天然的纹理色彩能给人以放松舒心和温暖，天然环保负碳，加工便捷，施工安装简单，木结构建筑将越来越受欢迎。国外对木质空心柱的研究，最早于1905年美国人WesterlingA首次提出了单板缠绕木质空心柱的想法并撰写了专利技术专利。日本学者山内秀文经过探究，推出单板宽度W与钢管直径R、单板倾角θ之间的关系为W＝Rcosθ。圆筒LVL生产时，采用相邻单板螺旋交替缠绕方式可有效防止试件弹性模量的下降。H.SASAKI等于1996年提出了圆筒LVL作为一种新型的木质工程材料的生产工艺。其旋切单板的厚度通常为2.5mm，于单板纤维的垂直方向缝制2～4条聚脂类胶线。此胶线既可对单板带进行接长，又可避免由于单板背面裂隙导致的拉伸强度的下降。HataT等于2001年对于圆筒形单板层积材制造一个“螺旋机”的生产和试验设计，并对该圆筒选择合适的树脂胶粘剂进行了研究。2003年日本已经可以连续化生产，并由京都研究所公告认证。南京林业大学的孙友富教授团队以杨木单板为原料，采用橡胶带螺旋缠绕的带式加压形式制造空心柱。东北林业大学的魏延霞将木材旋切成所要求的单板，通过施胶、螺旋缠绕在模具上、加压、成型、脱模等工序制造圆筒LVL。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有较高的轴压性能和环向抗压能力的中山杉单板螺旋缠绕空心柱。本专利技术所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：所述空心柱由内到外包括多层胶接的单板层；单板层是由中山杉单板以20-40°螺旋角螺旋缠绕而成；相邻单板层的螺旋方向相反。所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，单板层有7-11层；单板厚度1-2mm，空心柱的空心率为0.4-0.7。所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，最内层和最外层的单板层为顺纹单板，中间的单板层为横纹单板。这即是顺纹单板、横纹单板混合组坯形成的空心柱。所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，所述单板为顺纹单板。这即是顺纹单板组坯形成的空心柱。所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，所述单板为横纹单板，在横纹单板表面粘贴有无纺布。这即是横纹单板组坯形成的空心柱。对于横纹缠绕的单板需在其表面粘贴上无纺布，避免在缠绕过程中单板顺纹理断开。所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，各单板层中的单板是接长的单板。各单板层中的单板是中山杉单板。中山杉(Taxodiumhybrid'zhongshanshan')是江苏省中国科学院植物研究所以落羽杉属的墨西哥落羽杉、落羽杉及池杉为亲本，经人工杂交培育出来的优良树种。中山杉作为一种亟待开发的树种，自身具有极好的优越性能，以其单板进行螺旋缠绕空心柱，既能体现其优良的韧性和耐冲击性能，又可以增加其开发应用价值。本专利技术中，顺纹单板是指纹理沿着单板的长度方向延伸的单板，横纹单板是指纹理与单板的长度方向垂直的单板。螺旋角是指单板的长度方向与空心柱横截面之间的夹角。相邻单板层的螺旋方向相反是指相邻两层单板层中，一层中的单板以左螺旋方向缠绕，另一层中的单板以右螺旋方向缠绕。本中山杉单板螺旋缠绕空心柱的有益效果：本申请利用中山杉单板螺旋缠绕空心柱，扩展了单板的利用方法，同时采用顺纹单板缠绕组坯、横纹缠绕组坯、顺纹单板和横纹单板混合缠绕组坯方式，提高了空心柱的轴向抗压性能和环刚度。空心率一致时，混合螺旋缠绕空心柱相比于横纹、顺纹，其轴压性能较好。空心率一致情况下，顺纹单板缠绕形成的空心柱的环刚度大于混合、横纹空心柱。空心率是指空心柱的空心部分的面积与整个圆柱截面面积的比值，或者说空心率＝(空心柱横截面圆环内圆直径)2/(空心柱横截面圆环外圆直径)2，环向弯曲刚度是指空心柱或管道抵抗变形的能力，简称环刚度。本专利技术同时提供了一种制备方法简单、易于控制、生产高效的中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法。本专利技术所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法，采用制备空心柱专用工装，所述专用工装包括开有纵缝的弹性圆管，用于插入圆管的两端以使得圆管的纵缝张开的两个堵头，穿过两个堵头的支撑轴，喉箍；支撑轴的两端设置在支架上；步骤如下：a、用喉箍将中山杉单板临时固定在圆管一端，然后把单板从圆管的一端开始以一定的螺旋角进行螺旋缠绕；每缠绕一段采用一个喉箍临时固定，以防止单板松开，直到缠绕到圆管的另一端，形成单板层；b、采用类似步骤a的方法，把新的中山杉单板螺旋缠绕在已经缠绕好的单板层上直到所有单板层缠绕完毕；在缠绕新的单板时，逐步拆掉临时固定在已经缠绕好的单板层外周的喉箍；在缠绕新的单板前，对已经缠绕好的单板层或者新的单板涂胶；相邻两层的单板层螺旋方向相反；c、对最外层单板层施压20-30h；d、把支撑轴从堵头中取出，再把圆管两端的堵头取下，使得圆管上的纵缝在弹性作用下闭合，圆管与空心柱分离，取出圆管得到空心柱。上述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法，步骤c中，对最外层单板层施压的方法是，采用弹性的橡胶带缠绕在最外层单板层的外周上，对最外层单板层施压压力1-2Mpa。上述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法，步骤c中，对最外层的单板层施压的方法是，以充气的气囊缠绕在最外层单板层的外周上，并把气囊以绳索缠绕束缚在最外层单板层外周，对最外层单板层施压压力1-2Mpa。上述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法，在步骤a之前，对各单板层的单板接长。上述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法，在步骤d之后，对空心柱置于室温条件下1-2周进行养生处理。本制备方法的有益效果：使用制备空心柱专用工装时，两个堵头插入圆管的两端以使得圆管的纵缝张开，同时把支撑轴穿过两个堵头，堵头和圆管可以相对于支撑轴转动，这样在转动的同时就可以把单板缠绕在圆管上。最好，再把圆管两端的堵头取下，使得圆管上的纵缝在弹性作用下闭合，圆管与空心柱分离，取出圆管得到空心柱。该方法以低成本实现了空心柱的快速制备，快捷高效。附图说明图1是制备空心柱专用工装示意图；图2是单板在圆管上缠绕时的示意图；图3是气囊缠绕在最外层单板层外周时的示意图；图4是绳索缠绕在气囊外周示意图；图5是混合缠绕时的相邻单板层之间交错缠绕示意图；图6是横纹单板缠绕时的相邻单板层之间交错缠绕示意图；图7是顺纹单板缠绕时的相邻单板层之间交错缠绕示意图；图8是混合组坯时组坯结构示意图；图9是顺纹单板组坯时组坯结构示意图；图10是横纹单板组坯时组坯结构示意图；图11是空心柱的轴压试验装置示意图；图12是空心柱环向抗压试验装置示意图；图13是内径110mm的空心柱载荷-位移曲线；图14是内径75mm的空心柱载荷-位移曲线；图15是横纹单板组坯的空心柱载荷-位移曲线；图16是混合单板组坯的空心柱载荷-位移曲线；图17是不同组坯方式下环刚度的影响对比图；图18是不同空心率下空心柱环刚度的对比图；图19是圆管截面示意图(纵缝张开状态)。具体实施方式1材料与方法1.1试验材料中山杉单板：剪切尺寸为本文档来自技高网...

【技术保护点】
中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：所述空心柱由内到外包括多层胶接的单板层；单板层是由中山杉单板以20‑40°螺旋角螺旋缠绕而成；相邻单板层的螺旋方向相反。

【技术特征摘要】
1.中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：所述空心柱由内到外包括多层胶接的单板层；单板层是由中山杉单板以20-40°螺旋角螺旋缠绕而成；相邻单板层的螺旋方向相反。2.如权利要求1所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：单板层有7-11层；单板厚度1-2mm，空心柱的空心率为0.4-0.7。3.如权利要求1所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：最内层和最外层的单板层为顺纹单板，中间的单板层为横纹单板。4.如权利要求1所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：所述单板为顺纹单板。5.如权利要求1所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：所述单板为横纹单板，在横纹单板表面粘贴有无纺布。6.中山杉单板螺旋缠绕空心柱的制备方法，其特征是：采用制备空心柱专用工装，所述专用工装包括开有纵缝的弹性圆管，用于插入圆管的两端以使得圆管的纵缝张开的两个堵头，穿过两个堵头的支撑轴，喉箍；支撑轴的两端设置在支架上；步骤如下：a、用喉箍将中山杉单板临时固定在圆管一端，然后把单板从圆管的一端开始以一定的螺旋角进行螺旋缠绕；每缠绕一段采用一个喉箍临时固定，以防止单板松开，直到缠绕到圆管的另一端，形成单板层；b、采用类似步骤a的方法，把...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘彪，陈迎建，杨保铈，郭颖恺，朱越骅，朱一辛，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32