新型竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結(jié)構(gòu)研究★

高 超 趙倩倩 夏玉峰

(1.中國華冶科工集團(tuán)有限公司，重慶 400000; 2.青島工學(xué)院，山東 青島 266033)

新型竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結(jié)構(gòu)研究★

高 超1趙倩倩2夏玉峰2

(1.中國華冶科工集團(tuán)有限公司，重慶 400000; 2.青島工學(xué)院，山東 青島 266033)

為了優(yōu)化大棚棚架結(jié)構(gòu)，節(jié)省投資，設(shè)計出一種新型的竹—PVA纖維混凝土組合結(jié)構(gòu)拱架。將兩組PVA纖維混凝土邊桁架和一個由環(huán)氧樹脂粘結(jié)而成的T型截面竹拱梁通過一定方式連接形成一榀竹—PVA纖維混凝土大棚棚架。兩邊為由鋼筋骨架、PVA纖維混凝土組成的混凝土邊桁架，中間為由竹膠板粘結(jié)而成的T型截面竹拱梁。該結(jié)構(gòu)兼具竹結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性和混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐久性好的優(yōu)點。

竹—PVA纖維混凝土,大棚棚架結(jié)構(gòu),T型截面竹拱梁,混凝土邊桁架

在材料選擇上，目前我國農(nóng)業(yè)工程用的種植大棚骨架主要有竹木結(jié)構(gòu)大棚、鋼架結(jié)構(gòu)大棚、鋼架竹木混合結(jié)構(gòu)式大棚、塑鋼復(fù)合材料大棚等[1]。其中竹、木結(jié)構(gòu)大棚一般使用周期為2年～3年，建造成本為1 500元/畝～4 500元/畝；水泥骨架材料大棚一般使用周期在5年～10年，建造成本1 500元/畝～4 500元/畝；鋼架大棚的使用周期為6年～15年，建造成本為3萬元/畝～10萬元/畝[2]。竹木結(jié)構(gòu)大棚成本較低，但使用周期相對較短。鋼架結(jié)構(gòu)大棚使用周期較長，但造價較高，且耐久性較差。聚乙烯醇(PVA)纖維又稱維綸纖維，具有高強(qiáng)度、高彈模、親水性好、無毒等優(yōu)點，并且與水泥基體的粘結(jié)性較高。它不僅能保住混凝土的抗壓性能，還能大幅提高混凝土的抗裂性，符合未來工程材料性能的綜合要求[3]。在綜合考慮大棚使用周期、建造成本、耐久性及環(huán)保等因素的基礎(chǔ)上，擬采用竹—PVA混凝土組合結(jié)構(gòu)作為種植大棚的結(jié)構(gòu)骨架。

1 竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

目前，大部分的農(nóng)用塑料大棚，造價低且建造容易，但存在棚內(nèi)柱子多、透光率低、作業(yè)不方便、使用壽命短等缺點，最主要的是大棚結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)載、雪載能力差，穩(wěn)定性不夠。因此，強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好，而且外形美觀、使用周期長的大棚棚架結(jié)構(gòu)是今后的發(fā)展趨勢。鋼管結(jié)構(gòu)的棚架造價較高，投資額度較大，推廣使用難度較高。PVA纖維混凝土與普通混凝土相比具有更高的強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性，同時也有助于提高抗裂性和結(jié)構(gòu)的耐久性，勢必會在未來建筑材料中占有重要的位置。我國竹資源的擁有量和品質(zhì)均居世界首位，具有極大的開發(fā)價值。竹板材已經(jīng)獲得了

成功的應(yīng)用，但是竹型材還沒有形成產(chǎn)業(yè)概念，工程應(yīng)用中尚沒有成功的案例。

本文參考國內(nèi)外相關(guān)資料進(jìn)行了大棚的結(jié)構(gòu)形式研究，總結(jié)大棚建造的經(jīng)驗，提出了一種新型的竹—PVA纖維混凝土組合結(jié)構(gòu)大棚棚架結(jié)構(gòu)形式。采用PVA纖維混凝土制作邊桁架拱結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

把竹膠板材按照平板和折成的L型板壓合在一起，形成T型截面作為拱梁材料，拱梁截面如圖2所示。

采用T型槽口連接，具體尺寸如圖3所示，形成單榀拱式大棚棚架結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

在參考國內(nèi)外大棚設(shè)計規(guī)范和有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)?山東壽光地區(qū))的人文、地理、氣候環(huán)境，綜合考慮大棚棚架結(jié)構(gòu)所受的恒荷載、風(fēng)荷載、雪荷載，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計算棚架結(jié)構(gòu)在外荷載下的位移和內(nèi)力。并由此初步確定棚架結(jié)構(gòu)竹拱梁部分(圖4中③)的合理跨度和拱高分別為8 m和1.2 m。

組合后的大棚棚架結(jié)構(gòu)如圖5所示，用于種植大棚的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有很好的實用性和耐久性能。T型拱型材具有在最大慣性矩平面內(nèi)的抗彎能力，邊桁架拱結(jié)構(gòu)具有其平面內(nèi)的穩(wěn)定性和承載能力，是一種結(jié)構(gòu)性能可靠的平面組合結(jié)構(gòu)形式。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時使用綠色、高性能材料，在滿足功能要求的前提下，最大限度地做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

2 竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結(jié)構(gòu)模型制作

根據(jù)上述設(shè)計尺寸按照1∶1比例制作棚架結(jié)構(gòu)的PVA纖維混凝土邊桁架和T型截面竹拱梁模型。

2.1 模板定位圖繪制

以竹膠板為底模板，利用網(wǎng)格在底模板上繪制定位圖形，用于固定澆筑邊桁架混凝土所需要的模板。

2.2 綁扎邊桁架各段鋼筋骨架

鋼筋骨架主筋采用8號(直徑4 mm)鋼筋。箍筋采用雙肢箍，直徑為2 mm，箍筋間距100 mm。鋼筋保護(hù)層厚度10 mm。

2.3 模板固定

邊桁架內(nèi)部的鋼筋骨架綁扎好后，按照繪制的模板定位圖，利用提前鋸好的木塊進(jìn)行模板的固定，先固定直線部分模板，再固定弧形部分模板。

2.4 邊桁架混凝土澆筑

混凝土邊桁架采用C30混凝土制作，配合比通過多次試配試驗確定。為了提高邊桁架混凝土的韌性、提高混凝土的抗裂性和結(jié)構(gòu)的耐久性，在混凝土中摻入適量的PVA纖維。為減少混凝土的用水量，增加混凝土和易性，在混凝土中摻入一定量的減水劑。最終確定的配合比數(shù)據(jù)如表1所示[4]。

表1 混凝土配合比

2.5 T型截面竹拱梁的制作

將竹膠板型材按照圖2所標(biāo)尺寸進(jìn)行切割，利用U形卡及環(huán)氧樹脂進(jìn)行固定、粘結(jié)，制作T型截面竹拱梁。

將澆筑完成的兩組混凝土邊桁架與T型截面竹拱梁連接成單榀大棚棚架結(jié)構(gòu)。

3 總結(jié)與前景展望

該項目研究基于PVA纖維混凝土技術(shù)，考慮竹型材的可制作性以及材料來源廣泛等特點，結(jié)合環(huán)境保護(hù)和綠色建材的戰(zhàn)略，同時考慮到結(jié)構(gòu)應(yīng)用特點，竹子的韌性強(qiáng)、強(qiáng)度高、耐潮濕等優(yōu)點，采用竹—PVA纖維再生混凝土制作大棚棚架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性好、耐久性好的優(yōu)點，充分利用了現(xiàn)有廉價材料的優(yōu)勢，同時體現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，制作較為容易。組合結(jié)構(gòu)形式的大棚棚架具有良好的結(jié)構(gòu)功能和力學(xué)性能，使用周期較長、可循環(huán)利用，適合工廠化生產(chǎn)，同時也能促進(jìn)竹材市場和混凝土加工業(yè)的發(fā)展，帶動地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該研究可為大棚結(jié)構(gòu)的循環(huán)利用節(jié)約建設(shè)成本，對降低資源能耗具有重要的推動作用，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是十分顯著的。

[1] 包立輝，張 翔.農(nóng)用塑料薄膜大棚結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性國內(nèi)發(fā)展研究[J].機(jī)電技術(shù)，2012(6)：186-187.

[2] 陳冠銘，曹 兵，楊曉峰,等.溫室棚架材料與結(jié)構(gòu)在海南的利用與發(fā)展[J].溫室結(jié)構(gòu)與設(shè)備，2007(1)：32-35.

[3] 李 響.PVA纖維混凝土的研究進(jìn)展[J].河南建材，2011(2)：47.

[4] GB/T 50146—2014，粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

Study of new bamboo-PVA fiber reinforced concrete greenhouse trellis structure★

Gao Chao1Zhao Qianqian2Xia Yufeng2

(1.ChinaMetallurgicalEngineeringGroupCo.,Ltd,Chongqing400000,China; 2.QingdaoInstituteofTechnology,Qingdao266033,China)

In order to optimize the greenhouse trellis structure, saving investment, a new type of bamboo-PVA fiber reinforced concrete composite structure arch is designed. Two groups of PVA fiber concrete side truss and an epoxy resin bonded to the T section of bamboo arch through a certain way connected to form a bamboo-PVA fiber concrete shed by reinforced on both sides of scaffolding. The skeleton, composed of PVA fiber concrete concrete side truss, T section arch bamboo bamboo plywood bonded by the middle of the bamboo structure. The structure of both economy and concrete structure of high strength, good durability.

bamboo-PVA fiber concrete, greenhouse trellis structure, T section of bamboo arch, concrete side truss

1009-6825(2017)20-0041-02

2017-05-15★：山東省科技計劃項目:竹—PVA纖維再生混凝土組合結(jié)構(gòu)大棚棚架性能研究(項目編號：J16LG54)

高 超(1982- )，男，工程師

TU398.9

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