新型竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結構研究★

高 超 趙倩倩 夏玉峰

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

新型竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結構研究★

高 超1趙倩倩2夏玉峰2

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

為了優化大棚棚架結構，節省投資，設計出一種新型的竹—PVA纖維混凝土組合結構拱架。將兩組PVA纖維混凝土邊桁架和一個由環氧樹脂粘結而成的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而成的T型截面竹拱梁。該結構兼具竹結構經濟性和混凝土結構強度高、耐久性好的優點。

竹—PVA纖維混凝土,大棚棚架結構,T型截面竹拱梁,混凝土邊桁架

在材料選擇上，目前我國農業工程用的種植大棚骨架主要有竹木結構大棚、鋼架結構大棚、鋼架竹木混合結構式大棚、塑鋼復合材料大棚等[1]。其中竹、木結構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]。竹木結構大棚成本較低，但使用周期相對較短。鋼架結構大棚使用周期較長，但造價較高，且耐久性較差。聚乙烯醇(PVA)纖維又稱維綸纖維，具有高強度、高彈模、親水性好、無毒等優點，并且與水泥基體的粘結性較高。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、耐久性及環保等因素的基礎上，擬采用竹—PVA混凝土組合結構作為種植大棚的結構骨架。

1 竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結構模型設計

目前，大部分的農用塑料大棚，造價低且建造容易，但存在棚內柱子多、透光率低、作業不方便、使用壽命短等缺點，最主要的是大棚結構的抗風載、雪載能力差，穩定性不夠。因此，強度高、耐腐蝕性能好，而且外形美觀、使用周期長的大棚棚架結構是今后的發展趨勢。鋼管結構的棚架造價較高，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度、優良的韌性，同時也有助于提高抗裂性和結構的耐久性，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均居世界首位，具有極大的開發價值。竹板材已經獲得了

成功的應用，但是竹型材還沒有形成產業概念，工程應用中尚沒有成功的案例。

本文參考國內外相關資料進行了大棚的結構形式研究，總結大棚建造的經驗，提出了一種新型的竹—PVA纖維混凝土組合結構大棚棚架結構形式。采用PVA纖維混凝土制作邊桁架拱結構，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構，如圖4所示。

在參考國內外大棚設計規范和有關資料的基礎上，結合當地(山東壽光地區)的人文、地理、氣候環境，綜合考慮大棚棚架結構所受的恒荷載、風荷載、雪荷載，通過結構力學求解器計算棚架結構在外荷載下的位移和內力。并由此初步確定棚架結構竹拱梁部分(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構如圖5所示，用于種植大棚的主體結構構件，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的抗彎能力，邊桁架拱結構具有其平面內的穩定性和承載能力，是一種結構性能可靠的平面組合結構形式。通過合理的結構設計，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先進、經濟合理。

2 竹—PVA纖維混凝土大棚棚架結構模型制作

根據上述設計尺寸按照1∶1比例制作棚架結構的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。鋼筋保護層厚度10 mm。

2.3 模板固定

邊桁架內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構的耐久性，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據如表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所標尺寸進行切割，利用U形卡及環氧樹脂進行固定、粘結，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構。

3 總結與前景展望

該項目研究基于PVA纖維混凝土技術，考慮竹型材的可制作性以及材料來源廣泛等特點，結合環境保護和綠色建材的戰略，同時考慮到結構應用特點，竹子的韌性強、強度高、耐潮濕等優點，采用竹—PVA纖維再生混凝土制作大棚棚架結構。該結構具有穩定性好、耐久性好的優點，充分利用了現有廉價材料的優勢，同時體現先進技術的應用，制作較為容易。組合結構形式的大棚棚架具有良好的結構功能和力學性能，使用周期較長、可循環利用，適合工廠化生產，同時也能促進竹材市場和混凝土加工業的發展，帶動地方產業的發展。該研究可為大棚結構的循環利用節約建設成本，對降低資源能耗具有重要的推動作用，其經濟效益和社會效益是十分顯著的。

[1] 包立輝，張 翔.農用塑料薄膜大棚結構穩定性國內發展研究[J].機電技術，2012(6)：186-187.

[2] 陳冠銘，曹 兵，楊曉峰,等.溫室棚架材料與結構在海南的利用與發展[J].溫室結構與設備，2007(1)：32-35.

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

[4] GB/T 50146—2014，粉煤灰混凝土應用技術規范[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構大棚棚架性能研究(項目編號：J16LG54)

高 超(1982- )，男，工程師

TU398.9

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