新型竹—PVA纤维混凝土大棚棚架结构研究★

高 超 赵倩倩 夏玉峰

(1.中国华冶科工集团有限公司，重庆 400000; 2.青岛工学院，山东 青岛 266033)

新型竹—PVA纤维混凝土大棚棚架结构研究★

高 超1赵倩倩2夏玉峰2

(1.中国华冶科工集团有限公司，重庆 400000; 2.青岛工学院，山东 青岛 266033)

为了优化大棚棚架结构，节省投资，设计出一种新型的竹—PVA纤维混凝土组合结构拱架。将两组PVA纤维混凝土边桁架和一个由环氧树脂粘结而成的T型截面竹拱梁通过一定方式连接形成一榀竹—PVA纤维混凝土大棚棚架。两边为由钢筋骨架、PVA纤维混凝土组成的混凝土边桁架，中间为由竹胶板粘结而成的T型截面竹拱梁。该结构兼具竹结构经济性和混凝土结构强度高、耐久性好的优点。

竹—PVA纤维混凝土,大棚棚架结构,T型截面竹拱梁,混凝土边桁架

在材料选择上，目前我国农业工程用的种植大棚骨架主要有竹木结构大棚、钢架结构大棚、钢架竹木混合结构式大棚、塑钢复合材料大棚等[1]。其中竹、木结构大棚一般使用周期为2年～3年，建造成本为1 500元/亩～4 500元/亩；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/亩～4 500元/亩；钢架大棚的使用周期为6年～15年，建造成本为3万元/亩～10万元/亩[2]。竹木结构大棚成本较低，但使用周期相对较短。钢架结构大棚使用周期较长，但造价较高，且耐久性较差。聚乙烯醇(PVA)纤维又称维纶纤维，具有高强度、高弹模、亲水性好、无毒等优点，并且与水泥基体的粘结性较高。它不仅能保住混凝土的抗压性能，还能大幅提高混凝土的抗裂性，符合未来工程材料性能的综合要求[3]。在综合考虑大棚使用周期、建造成本、耐久性及环保等因素的基础上，拟采用竹—PVA混凝土组合结构作为种植大棚的结构骨架。

1 竹—PVA纤维混凝土大棚棚架结构模型设计

目前，大部分的农用塑料大棚，造价低且建造容易，但存在棚内柱子多、透光率低、作业不方便、使用寿命短等缺点，最主要的是大棚结构的抗风载、雪载能力差，稳定性不够。因此，强度高、耐腐蚀性能好，而且外形美观、使用周期长的大棚棚架结构是今后的发展趋势。钢管结构的棚架造价较高，投资额度较大，推广使用难度较高。PVA纤维混凝土与普通混凝土相比具有更高的强度、优良的韧性，同时也有助于提高抗裂性和结构的耐久性，势必会在未来建筑材料中占有重要的位置。我国竹资源的拥有量和品质均居世界首位，具有极大的开发价值。竹板材已经获得了

成功的应用，但是竹型材还没有形成产业概念，工程应用中尚没有成功的案例。

本文参考国内外相关资料进行了大棚的结构形式研究，总结大棚建造的经验，提出了一种新型的竹—PVA纤维混凝土组合结构大棚棚架结构形式。采用PVA纤维混凝土制作边桁架拱结构，如图1所示。

把竹胶板材按照平板和折成的L型板压合在一起，形成T型截面作为拱梁材料，拱梁截面如图2所示。

采用T型槽口连接，具体尺寸如图3所示，形成单榀拱式大棚棚架结构，如图4所示。

在参考国内外大棚设计规范和有关资料的基础上，结合当地(山东寿光地区)的人文、地理、气候环境，综合考虑大棚棚架结构所受的恒荷载、风荷载、雪荷载，通过结构力学求解器计算棚架结构在外荷载下的位移和内力。并由此初步确定棚架结构竹拱梁部分(图4中③)的合理跨度和拱高分别为8 m和1.2 m。

组合后的大棚棚架结构如图5所示，用于种植大棚的主体结构构件，具有很好的实用性和耐久性能。T型拱型材具有在最大惯性矩平面内的抗弯能力，边桁架拱结构具有其平面内的稳定性和承载能力，是一种结构性能可靠的平面组合结构形式。通过合理的结构设计，同时使用绿色、高性能材料，在满足功能要求的前提下，最大限度地做到技术先进、经济合理。

2 竹—PVA纤维混凝土大棚棚架结构模型制作

根据上述设计尺寸按照1∶1比例制作棚架结构的PVA纤维混凝土边桁架和T型截面竹拱梁模型。

2.1 模板定位图绘制

以竹胶板为底模板，利用网格在底模板上绘制定位图形，用于固定浇筑边桁架混凝土所需要的模板。

2.2 绑扎边桁架各段钢筋骨架

钢筋骨架主筋采用8号(直径4 mm)钢筋。箍筋采用双肢箍，直径为2 mm，箍筋间距100 mm。钢筋保护层厚度10 mm。

2.3 模板固定

边桁架内部的钢筋骨架绑扎好后，按照绘制的模板定位图，利用提前锯好的木块进行模板的固定，先固定直线部分模板，再固定弧形部分模板。

2.4 边桁架混凝土浇筑

混凝土边桁架采用C30混凝土制作，配合比通过多次试配试验确定。为了提高边桁架混凝土的韧性、提高混凝土的抗裂性和结构的耐久性，在混凝土中掺入适量的PVA纤维。为减少混凝土的用水量，增加混凝土和易性，在混凝土中掺入一定量的减水剂。最终确定的配合比数据如表1所示[4]。

表1 混凝土配合比

2.5 T型截面竹拱梁的制作

将竹胶板型材按照图2所标尺寸进行切割，利用U形卡及环氧树脂进行固定、粘结，制作T型截面竹拱梁。

将浇筑完成的两组混凝土边桁架与T型截面竹拱梁连接成单榀大棚棚架结构。

3 总结与前景展望

该项目研究基于PVA纤维混凝土技术，考虑竹型材的可制作性以及材料来源广泛等特点，结合环境保护和绿色建材的战略，同时考虑到结构应用特点，竹子的韧性强、强度高、耐潮湿等优点，采用竹—PVA纤维再生混凝土制作大棚棚架结构。该结构具有稳定性好、耐久性好的优点，充分利用了现有廉价材料的优势，同时体现先进技术的应用，制作较为容易。组合结构形式的大棚棚架具有良好的结构功能和力学性能，使用周期较长、可循环利用，适合工厂化生产，同时也能促进竹材市场和混凝土加工业的发展，带动地方产业的发展。该研究可为大棚结构的循环利用节约建设成本，对降低资源能耗具有重要的推动作用，其经济效益和社会效益是十分显著的。

[1] 包立辉，张 翔.农用塑料薄膜大棚结构稳定性国内发展研究[J].机电技术，2012(6)：186-187.

[2] 陈冠铭，曹 兵，杨晓峰,等.温室棚架材料与结构在海南的利用与发展[J].温室结构与设备，2007(1)：32-35.

[3] 李 响.PVA纤维混凝土的研究进展[J].河南建材，2011(2)：47.

[4] GB/T 50146—2014，粉煤灰混凝土应用技术规范[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★：山东省科技计划项目:竹—PVA纤维再生混凝土组合结构大棚棚架性能研究(项目编号：J16LG54)

高 超(1982- )，男，工程师

TU398.9

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