本發(fā)明屬于木組合技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種木包鋼-鋼木組合柱。

背景技術(shù)：

鋼木組合結(jié)構(gòu)”——對(duì)于鋼木組合結(jié)構(gòu)的定義有兩種，準(zhǔn)確的是一種叫鋼木混合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是指?jìng)鹘y(tǒng)木結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合，建筑的承重梁、柱采用鋼結(jié)構(gòu)，外圍的維護(hù)以及附屬構(gòu)件采用木結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式從本質(zhì)上講沒有能夠在同一構(gòu)件中實(shí)現(xiàn)鋼、木的協(xié)同工作。另一種定義是指結(jié)構(gòu)體系的承重部分比如梁、柱等等都是采用鋼材和木材共同組成并協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。按照組成構(gòu)件的方式又可分為：一體式——木與鋼合為一體組成結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件；分離式——木與鋼相分離分別組成結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件(鋼木桁架)兩種。2008年5.12汶川大地震之后，國(guó)家重新修訂了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)體系、建筑構(gòu)件、建筑材料的抗震性能提出了更高的要求。綠色、環(huán)保、節(jié)能、良好的抗震性能是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展方向。從保護(hù)天然資源和全球環(huán)境的角度出發(fā)，推進(jìn)對(duì)木材資源的有效利用，并實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)和消防領(lǐng)域的高性能應(yīng)用，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展建筑的發(fā)展理念。研發(fā)高性能基于木材的復(fù)合構(gòu)件這一領(lǐng)域，如用鋼或纖維加固的木梁，木材和鋼筋混凝土組成的地板系統(tǒng)，木梁包裹鋼筋混凝土或鋼筋的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等都已取得一定進(jìn)展，但是對(duì)于木材與鋼材組成的一體化構(gòu)件研究還很少。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，抗震建筑材料中缺少木材與鋼材組成的一體化構(gòu)件，而且現(xiàn)有的抗震建筑材料防火性能差，穩(wěn)定性弱、不耐高溫、耐腐蝕性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種木包鋼-鋼木組合柱，旨在解決目前抗震建筑材料中缺少木材與鋼材組成的一體化構(gòu)件，而且現(xiàn)有的抗震建筑材料防火性能差，穩(wěn)定性弱、不耐高溫、耐腐蝕性差的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種木包鋼-鋼木組合柱，所述木包鋼-鋼木組合柱包括方鋼管；所述方鋼管外部包覆有上木板和下木板；所述上木板和下木板通過扣件連接或通過粘合劑粘貼連接；所述方鋼管表面鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層；按質(zhì)量百分比Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的各元素含量分別為：Ni5.13％－P0.015％、Ni 5.13％－W 9.32％－P0.018％、Ni5.13％－Mo4％－P0.02％；所述Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的厚度為0.05mm～0.1mm。

所述上木板或下木板上連接有木板凸起塊；所述木板凸起塊兩側(cè)分別通過螺絲釘固定有膠合板；木板凸起塊兩側(cè)的膠合板通過螺栓與外部預(yù)埋件連接；所述螺栓貫穿兩膠合板和預(yù)埋件。

進(jìn)一步，所述木板的長(zhǎng)和寬為200mm×200mm或300mm×200mm或300mm×300mm。

進(jìn)一步，所述方鋼管的厚和邊長(zhǎng)為5mm×65mm或6mm×100mm或7mm×100mm或8mm×65mm。

進(jìn)一步，所述方鋼管或?yàn)?00×65×5的矩形鋼，或?yàn)?00×65×6的矩形鋼，或?yàn)?00×65×8的矩形鋼。

進(jìn)一步，所述粘合劑為間苯二酚。

進(jìn)一步，Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的鍍層方法包括：

活化方鋼管120～150秒，清水沖洗，然后去離子水或蒸餾水清洗；

在100μA～800μA電流作用下電鍍誘發(fā)60～90秒；

化學(xué)鍍膜：將誘發(fā)后方鋼管置于真空磁控濺射設(shè)備內(nèi)，控制濺射室內(nèi)真空度為10^-4量級(jí)時(shí)，向?yàn)R射室充保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)流量計(jì)至保護(hù)氣體的流量顯示為15sccm～20sccm；當(dāng)磁控濺射設(shè)備的真空度為1Pa～10Pa時(shí)，打開直流濺射總電源使Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層逐漸起輝，起輝后調(diào)節(jié)閘板閥使抽氣的氣路口變小，抽氣變慢，使磁控濺射設(shè)備的真空度為0.85Pa～8Pa,控制功率為50W～100W進(jìn)行濺射，濺射時(shí)間為2S～10S；

將得到的鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的方鋼管在真空度為0.05Torr～2Torr的條件下進(jìn)行加熱，以8℃/min～15℃/min的速率加熱鍍有合金層的方鋼管，然后升溫至300℃～900℃并在此溫度下保持60min～100min，即獲得退火后的鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的方鋼管；備用；

熱水、冷水先后清洗，干燥；在500℃溫度下保溫90分鐘～100分鐘對(duì)鍍膜進(jìn)行時(shí)效處理；然后得到時(shí)效處理后的鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的方鋼管。

進(jìn)一步，活化方鋼管120～150秒前需進(jìn)行：

對(duì)待鍍層的方鋼管進(jìn)行化學(xué)除油9分鐘～12分鐘，然后超聲波清洗3分鐘～6分鐘，然后清水沖洗；再化學(xué)除銹60秒～90秒，清水沖洗。

進(jìn)一步，所述保護(hù)氣體為氬氣。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述的木包鋼-鋼木組合柱修復(fù)古建筑的建筑構(gòu)件。

本發(fā)明提供的木包鋼-鋼木組合柱，木材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保、可再生和重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，但有各向異性、構(gòu)件傳遞拉力需借助其他材料、防火性能差的缺點(diǎn)量；而鋼材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工方便、各向同性、材質(zhì)均勻、具有良好的耗能性能以及可以實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，而穩(wěn)定性弱、不耐高溫、耐腐蝕性差是它的缺點(diǎn)；本發(fā)明可以充分利用以上兩種材料的優(yōu)點(diǎn)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，既具節(jié)能環(huán)保性，又具有良好抗震性能的綠色建筑。

本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)磁控濺射方法在方鋼管襯底上濺射合金層，相比傳統(tǒng)的鍍層方法，本發(fā)明具有較高的比表面積，能夠進(jìn)行批量化并應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中起到安全防護(hù)的作用。

本發(fā)明在現(xiàn)有普通碳鋼方鋼管上鍍上一層Ni-P(或Ni-W-P、Ni-Mo-P等)化學(xué)鍍層，使的耐磨性能有了顯著的提高，并增強(qiáng)了方鋼管的耐蝕性，極大地延長(zhǎng)了方鋼管的使用壽命，從而顯著降低方鋼管的使用成本。如在方鋼管上鍍覆0.05mm厚的Ni-P鍍膜并經(jīng)時(shí)效處理后，相同條件下方鋼管的使用壽命將延長(zhǎng)20～25倍；如鍍覆0.07mm厚的Ni-P鍍膜并經(jīng)時(shí)效處理后，相同條件下使用壽命將延長(zhǎng)28～45倍。如果鍍覆上相同厚度的Ni-W-P鍍膜或Ni-Mo-P鍍膜，方鋼管的使用壽命還將在Ni-P鍍膜基礎(chǔ)上大幅度提高。如果鍍覆有0.1mm厚的Ni-P鍍膜并經(jīng)時(shí)效處理后，其壽命與鍍覆前將延長(zhǎng)50～60倍。而且耐火性也大幅度提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的木包鋼-鋼木組合柱在使用扣件中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的木包鋼-鋼木組合柱在使用粘合劑中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的木板凸起塊連接示意圖。

圖中：1、方鋼管；2、上木板；3、下木板；4、扣件；5、木板凸起塊；6、膠合板；7、螺絲釘；8、螺栓；9、預(yù)埋件。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的木包鋼-鋼木組合柱包括方鋼管；所述方鋼管外部包覆有上木板和下木板；所述上木板和下木板通過扣件連接或通過粘合劑粘貼連接。所述方鋼管表面鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層；按質(zhì)量百分比Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的各元素含量分別為：Ni5.13％－P0.015％、Ni 5.13％－W 9.32％－P0.018％、Ni5.13％－Mo4％－P0.02％；所述Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的厚度為0.05mm～0.1mm。

所述上木板或下木板上連接有木板凸起塊5；所述木板凸起塊兩側(cè)分別通過螺絲釘7固定有膠合板6；木板凸起塊兩側(cè)的膠合板通過螺栓8與外部預(yù)埋件9連接；所述螺栓貫穿兩膠合板和預(yù)埋件。

所述木板的長(zhǎng)和寬為200mm×200mm或300mm×200mm或300mm×300mm。

所述方鋼管的厚和邊長(zhǎng)為5mm×65mm或6mm×100mm或7mm×100mm或8mm×65mm。

所述方鋼管或?yàn)?00×65×5的矩形鋼，或?yàn)?00×65×6的矩形鋼，或?yàn)?00×65×8的矩形鋼。

所述粘合劑為間苯二酚。

Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的鍍層方法包括：

活化方鋼管120～150秒，清水沖洗，然后去離子水或蒸餾水清洗；

在100μA～800μA電流作用下電鍍誘發(fā)60～90秒；

化學(xué)鍍膜：將誘發(fā)后方鋼管置于真空磁控濺射設(shè)備內(nèi)，控制濺射室內(nèi)真空度為10^-4量級(jí)時(shí)，向?yàn)R射室充保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)流量計(jì)至保護(hù)氣體的流量顯示為15sccm～20sccm；當(dāng)磁控濺射設(shè)備的真空度為1Pa～10Pa時(shí)，打開直流濺射總電源使Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層逐漸起輝，起輝后調(diào)節(jié)閘板閥使抽氣的氣路口變小，抽氣變慢，使磁控濺射設(shè)備的真空度為0.85Pa～8Pa,控制功率為50W～100W進(jìn)行濺射，濺射時(shí)間為2S～10S；

將得到的鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的方鋼管在真空度為0.05Torr～2Torr的條件下進(jìn)行加熱，以8℃/min～15℃/min的速率加熱鍍有合金層的方鋼管，然后升溫至300℃～900℃并在此溫度下保持60min～100min，即獲得退火后的鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的方鋼管；備用；

熱水、冷水先后清洗，干燥；在500℃溫度下保溫90分鐘～100分鐘對(duì)鍍膜進(jìn)行時(shí)效處理；然后得到時(shí)效處理后的鍍有Ni－P二元合金層或Ni－W－P三元合金層或Ni－Mo－P三元合金層的方鋼管。

活化方鋼管120～150秒前需進(jìn)行：

對(duì)待鍍層的方鋼管進(jìn)行化學(xué)除油9分鐘～12分鐘，然后超聲波清洗3分鐘～6分鐘，然后清水沖洗；再化學(xué)除銹60秒～90秒，清水沖洗。

所述保護(hù)氣體為氬氣。

下面結(jié)合試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作進(jìn)一步的說明。

對(duì)鋼木組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能進(jìn)行分析，主要是通過大型計(jì)算軟件以及試件實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)這種新型結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件的受力、變形性能進(jìn)行分析，探討合理的截面組成形式，不同材料之間如何有效保證協(xié)同工作，并能符合建筑構(gòu)件防火要求。

(1)兩種不同材料組成的柱構(gòu)件截面形式試驗(yàn)(外圍木尺寸與內(nèi)部鋼尺寸變化對(duì)試件性能的影響。

a、豎向加載

豎向荷載傳遞到一體化鋼木組合柱中，觀察受力過程，柱中木材的作用就像內(nèi)部鋼材的一個(gè)屈曲約束，并且，柱中的鋼材在獨(dú)自承受大概50％的屈曲應(yīng)力時(shí)會(huì)彎曲?？墒牵M合構(gòu)件在該軸向壓力并沒有屈曲，因?yàn)槟静淖鳛橐粋€(gè)屈曲約束，有效提高了構(gòu)件的承載能力。通過多次試驗(yàn)，尋找合適的材質(zhì)比例，既滿足經(jīng)濟(jì)要求，也滿足承載要求。

b、水平加載

作為建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)方向受力是不同的。在側(cè)向震動(dòng)過程中，鋼材部分受力沒有發(fā)生屈曲。因此，在模擬地震過程中，組合構(gòu)件中的木材功能也可類似一個(gè)屈曲約束，有效提高構(gòu)件的承載。

(2)通過荷載測(cè)試對(duì)構(gòu)件不同材料之間的連接處粘合劑耐久性的評(píng)價(jià)方法。

進(jìn)行了一系列關(guān)于粘合劑耐久性實(shí)驗(yàn)，分析了對(duì)于構(gòu)件中不同材料，以及不同位置處連接處粘合劑耐久性的評(píng)價(jià)方法。

(3)構(gòu)件的防火試驗(yàn)

根據(jù)當(dāng)前建筑構(gòu)件防火標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了構(gòu)件的防火性能構(gòu)件測(cè)試。按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法確認(rèn)構(gòu)件與可燃材料1小時(shí)防火性能，在火中暴露小于3小時(shí)并測(cè)試構(gòu)件在之后的負(fù)載，這意味著，構(gòu)件能在測(cè)試期間承受荷載，并沒有在重新點(diǎn)火、進(jìn)一步燒焦或增加燒焦溫度的測(cè)試之后失去了性能。

測(cè)試結(jié)果顯示，插入鋼材的鋼木組合構(gòu)件，進(jìn)行構(gòu)件規(guī)范化施工后，具有耐燃性的屬性。當(dāng)暴露在火中時(shí)會(huì)燃燒，但撲滅后，燒焦程度不再惡化?；馂?zāi)試驗(yàn)后，構(gòu)件可以承載并且使用的應(yīng)力不超過屈曲極限。

本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)磁控濺射方法在方鋼管襯底上濺射合金層，相比傳統(tǒng)的鍍層方法，本發(fā)明具有較高的比表面積，能夠進(jìn)行批量化并應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中起到安全防護(hù)的作用。

本發(fā)明在現(xiàn)有普通碳鋼方鋼管上鍍上一層Ni-P(或Ni-W-P、Ni-Mo-P等)化學(xué)鍍層，使的耐磨性能有了顯著的提高，并增強(qiáng)了方鋼管的耐蝕性，極大地延長(zhǎng)了方鋼管的使用壽命，從而顯著降低方鋼管的使用成本。如在方鋼管上鍍覆0.05mm厚的Ni-P鍍膜并經(jīng)時(shí)效處理后，相同條件下方鋼管的使用壽命將延長(zhǎng)20～25倍；如鍍覆0.07mm厚的Ni-P鍍膜并經(jīng)時(shí)效處理后，相同條件下使用壽命將延長(zhǎng)28～45倍。如果鍍覆上相同厚度的Ni-W-P鍍膜或Ni-Mo-P鍍膜，方鋼管的使用壽命還將在Ni-P鍍膜基礎(chǔ)上大幅度提高。如果鍍覆有0.1mm厚的Ni-P鍍膜并經(jīng)時(shí)效處理后，其壽命與鍍覆前將延長(zhǎng)50～60倍。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。