專利名稱：Frp型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土建交通技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭及方法。
背景技術(shù)：
土建交通用FRP型材是以環(huán)氧樹脂為基體，以無捻纖維為增強(qiáng)材料，同時(shí)添加特殊要求助劑，經(jīng)拉擠成型工藝制成的不同規(guī)格型材，其具有比強(qiáng)度、比剛度高，耐腐蝕、耐疲勞性能好及可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)。在土建交通領(lǐng)域，F(xiàn)RP型材的應(yīng)用起步較晚。目前，該領(lǐng)域FRP型材的連接基本沿用了航空領(lǐng)域復(fù)合材料的節(jié)點(diǎn)連接方式膠結(jié)連接、機(jī)械連接及二者的混合連接。航空領(lǐng)域所用型材為層鋪型材，層鋪型材可根據(jù)具體受力將纖維多方向鋪設(shè)，以實(shí)現(xiàn)最有利受力的連接。然而，土建交通領(lǐng)域所用型材主要是拉擠型材，拉擠型材纖維方向主要沿型材長度方向，該種型材螺栓連接方式的接頭效率低于30%，型材受螺栓擠壓后多發(fā)生型材的剪脫破壞。另一方面，由于土建交通領(lǐng)域的FRP型材板面較厚，若采用膠結(jié)連接方式，為保證足夠的接頭效率，所需的搭接長度較大，而且更多的情況下由于構(gòu)造問題不能實(shí)現(xiàn)足夠的搭接長度。由于不能實(shí)現(xiàn)兩種連接方式的共同受力，膠結(jié)與機(jī)械混合連接接頭的接頭效率并不能得到有效提聞。綜上，目前土建交通領(lǐng)域FRP型材應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)連接存在接頭效率低、質(zhì)量無法保證等缺點(diǎn)，遠(yuǎn)不能滿足工程需要，這也成為了 FRP型材在土建交通領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸。因此，需要一種新的FRP型材連接接頭以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中FRP型材連接接頭的缺陷，提供一種連接強(qiáng)度高的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭采用如下技術(shù)方案
一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，所述連接接頭包括兩塊刺板，兩塊所述刺板分別位于所述FRP型材的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊所述刺板的帶刺面均朝向所述FRP型材，兩塊所述刺板和所述FRP型材之間均設(shè)置有環(huán)氧樹脂浸潰膠層，兩塊所述刺板的刺均插入所述FRP型材，兩塊所述刺板之間通過螺栓連接。更進(jìn)一步的，所述螺栓設(shè)置在所述刺板的兩側(cè)或中部。更進(jìn)一步的,所述環(huán)氧樹脂浸潰膠層的厚度為O. 5mm±0. 1mm。更進(jìn)一步的，所述FRP型材的接頭連接區(qū)設(shè)置有凹部。其中，凹部通過將FRP型材的接頭連接區(qū)的防滑涂層打磨掉形成。更進(jìn)一步的，所述刺板的一側(cè)板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為8 12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為f 3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為l 3mm、正方形底邊的邊長為l 3mm。本發(fā)明還公開了一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法。一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，包括以下步驟
1)、在FRP型材的接頭連接區(qū)涂上環(huán)氧樹脂浸潰膠層；
2)、將兩塊刺板分別放置在FRP型材的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊所述刺板的帶刺面均朝向所述FRP型材，用壓力機(jī)將所述刺板的刺壓入所述FRP型材中，待所述刺板的板面與所述環(huán)氧樹脂浸潰膠層接觸，膠溢出，停止加壓；
3 )、通過螺栓連接兩塊所述刺板。更進(jìn)一步的,所述環(huán)氧樹脂浸潰膠層的厚度為O. 5_±0. 1_。更進(jìn)一步的，步驟I)中，首先將FRP型材的接頭連接區(qū)的防滑涂層打磨掉，然后在所述FRP型材的接頭連接區(qū)涂上環(huán)氧樹脂浸潰膠層。更進(jìn)一步的，所述刺板的一側(cè)板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為8 12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為f 3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為l 3mm、正方形底邊的邊長為l 3mm。更進(jìn)一步的，所述螺栓設(shè)置在所述刺板的兩側(cè)或中部。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭及方法有益效果是1、刺板與FRP型材的連接成功地將刺引入到膠層抗剪界面，大大提高了膠層界面的抗剪強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了膠結(jié)與刺板連接的共同受力，具有強(qiáng)度高、延性好、接頭效率高等優(yōu)點(diǎn)；請(qǐng)參閱圖8所示，項(xiàng)目組前期驗(yàn)證性試驗(yàn)已經(jīng)證明，采用20cm長的刺板，板面分布圓鋼刺的間距為10mm、長度為3mm、直徑為2mm,對(duì)厚度10mm、寬度85mm的型材板,本發(fā)明新型節(jié)點(diǎn)接頭部分可以提供21t的承載力，接頭效率達(dá)61%，而同等連接長度的螺栓連接僅提供6t的承載力，膠結(jié)連接提供6. 5t的承載力，傳遞效率不足16%。2、本發(fā)明的連接接頭施工簡單、快捷、方便、可靠，利用該連接方法可以進(jìn)行FRP型材的單向接長、多向連接，也可以對(duì)刺板進(jìn)行外接設(shè)計(jì)處理，以適合螺栓連接、焊接等操作，因而可以將該接頭運(yùn)用到復(fù)合材料桁架、網(wǎng)架、橋梁等結(jié)構(gòu)中。


圖1為本發(fā)明的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭的結(jié)構(gòu)示意 圖2為刺板外側(cè)設(shè)置螺栓連接的主視 圖3為刺板外側(cè)設(shè)置螺栓連接的俯視 圖4為刺板內(nèi)側(cè)設(shè)置螺栓連接的主視 圖5為刺板內(nèi)側(cè)設(shè)置螺栓連接的俯視 圖6為外側(cè)設(shè)置有螺栓孔的刺板的俯視 圖7為外側(cè)設(shè)置有螺栓孔的刺板的主視 圖8為FRP型材刺板連接、螺栓連接和膠結(jié)連接的荷載-位移曲線圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本發(fā)明的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，連接接頭包括兩塊刺板2，兩塊刺板2分別位于FRP型材I的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊刺板2的帶刺面均朝向FRP型材I。兩塊刺板2和FRP型材I之間均設(shè)置有環(huán)氧樹脂浸潰膠層3，其中，環(huán)氧樹脂浸潰膠層3的厚度為O. 5mm±0. 1mm。兩塊刺板2之間通過螺栓4連接。其中，螺栓4設(shè)置在刺板2的兩側(cè)或中部。FRP型材I的接頭連接區(qū)設(shè)置有凹部。其中，凹部通過將FRP型材的接頭連接區(qū)的防滑涂層打磨掉形成。凹部的深度為
O.5mm±O. 1mm。其中,FRPCFiber Reinforced Polymer,簡稱FRP),為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,是由纖維材料和基體材料按一定的比例混合并經(jīng)過一定的工藝復(fù)合形成的高性能材料。FRP型材，包括一切由FRP制作的型材構(gòu)件，如FRP型材板，F(xiàn)RP角鋼，F(xiàn)RP槽型鋼，F(xiàn)RP工字鋼等。刺板，指通過機(jī)械加工、分件組裝或鑄造等工藝制作的帶刺的鋼板，該鋼板的一側(cè)板面上分布有一定間距、一定長度、一定形狀的鋼刺。其中，本發(fā)明中鋼板的厚度為6±0. 5mm。刺板根據(jù)連接需要，或在板兩側(cè)邊設(shè)有上下刺板對(duì)接螺栓孔，或在板中設(shè)有安裝螺栓孔。其中，機(jī)械加工制作刺板，是指運(yùn)用機(jī)械加工機(jī)床在厚板上直接加工出分布鋼刺，鋼刺為正四棱錐形刺，鋼刺的間距為3 6mm、長度為3mm、正方形底邊的邊長為3mm ;分件組裝制作刺板，是指首先在板面上加工出5mm深的刺孔，然后將預(yù)制好的鋼刺涂膠后嵌入孔中；其板面分布間距為8 12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為f 3mm的圓鋼刺；鑄造工藝制作刺板，是指將熔煉的鋼水澆注入刺板鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固形成刺板，適用于圓形刺及正四棱錐形刺。本發(fā)明還公開了一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，包括以下步驟
I)、首先將FRP型材I的接頭連接區(qū)的防滑涂層打磨掉，然后在FRP型材I的接頭連接區(qū)涂上環(huán)氧樹脂浸潰膠層3 ;其中，環(huán)氧樹脂浸潰膠層3的厚度為O. 5mm±0.1mm0打磨掉的防滑涂層的厚度為O. 5mm±0. 1mm。2)、將兩塊刺板2分別放置在FRP型材I的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊刺板2的帶刺面均朝向FRP型材I，用壓力機(jī)將刺板2的刺壓入FRP型材I中，待刺板2的板面與環(huán)氧樹脂浸潰膠層3接觸，膠溢出，停止加壓；
3)、通過螺栓4連接兩塊刺板2。其中，螺栓4設(shè)置在刺板2的兩側(cè)或中部。實(shí)施例1
請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖6和圖7所示
首先，使用打磨機(jī)將FRP型材I的接頭連接區(qū)的防滑涂層打磨掉，打磨時(shí)應(yīng)注意控制打磨深度，以O(shè). 5mm±0.1mm為宜。其次，將接頭尺寸標(biāo)定在FRP型材I上，將環(huán)氧樹脂浸潰膠3涂抹在FRP型材I接頭處，厚度為O. 5mm±0.1mm為宜。第三，將一刺板2置于壓力機(jī)靜止平臺(tái)板面上，F(xiàn)RP型材I接頭置于刺板2上，并扶正，另一刺板2置于FRP型材I上，兩刺板2的帶刺面均朝向FRP型材I。第四，開動(dòng)壓力機(jī)加壓，將刺板2的刺壓入FRP型材I內(nèi)，待刺壓入一定深度刺板3與膠層接觸，膠溢出，停止加壓，將螺栓4旋入上下刺板2對(duì)接螺栓孔，用扭力扳手旋緊螺栓4，完成螺栓4連接，壓力機(jī)卸載。固結(jié)硬化之后，連接接頭制作完成。實(shí)施例2 請(qǐng)參閱圖1、圖4和圖5所示
除以下與實(shí)施例1不同外，其他部分均相同刺板2側(cè)邊無上下對(duì)接螺栓孔，刺板2板端也無螺栓孔，刺板2的安裝螺栓孔在刺板2中，所以在與FRP型材I連接時(shí)，需要在FRP型材I對(duì)應(yīng)位置開螺栓孔。與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明的有益效果是1、刺板與FRP型材的連接成功地將刺引入到膠層抗剪界面，大大提高了膠層界面的抗剪強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了膠結(jié)與刺板連接的共同受力，具有強(qiáng)度高、延性好、接頭效率高等優(yōu)點(diǎn)；請(qǐng)參閱圖8所示，項(xiàng)目組前期驗(yàn)證性試驗(yàn)已經(jīng)證明，采用20cm長的刺板，板面分布圓鋼刺的間距為10mm、長度為3mm、直徑為2mm,對(duì)厚度10mm、寬度85mm的型材板,本發(fā)明新型節(jié)點(diǎn)接頭部分可以提供21t的承載力，接頭效率達(dá)61%，而同等連接長度的螺栓連接僅提供6t的承載力，膠結(jié)連接提供6. 5t的承載力，傳遞效率不足16%。2、本發(fā)明的連接接頭施工簡單、快捷、方便、可靠，利用該連接方法可以進(jìn)行FRP型材的單向接長、多向連接，也可以對(duì)刺板進(jìn)行外接設(shè)計(jì)處理，以適合螺栓連接、焊接等操作，因而可以將該接頭運(yùn)用到復(fù)合材料桁架、網(wǎng)架、橋梁等結(jié)構(gòu)中。
權(quán)利要求
1.一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，其特征在于所述連接接頭包括兩塊刺板(2)，兩塊所述刺板(2)分別位于所述FRP型材(I)的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊所述刺板(2)的帶刺面均朝向所述FRP型材(I )，兩塊所述刺板(2)的刺均插入所述FRP型材(I )，兩塊所述刺板(2)和所述FRP型材(I)之間均設(shè)置有環(huán)氧樹脂浸潰膠層(3)，兩塊所述刺板(2)之間通過螺栓(4)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，其特征在于，所述螺栓(4)設(shè)置在所述刺板(2)的兩側(cè)或中部。
3.如權(quán)利要求1所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂浸潰膠層(3)的厚度為O. 5mm±0. 1mm。
4.如權(quán)利要求1所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，其特征在于，所述FRP型材(I)的接頭連接區(qū)設(shè)置有凹部。
5.如權(quán)利要求4所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭，其特征在于，所述刺板(2)的一側(cè)板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為I 3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為I 3mm、正方形底邊的邊長為f 3mm。
6.一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、在FRP型材(I)的接頭連接區(qū)涂上環(huán)氧樹脂浸潰膠層(3)； 2)、將兩塊刺板(2)分別放置在FRP型材(I)的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊所述刺板(2)的帶刺面均朝向所述FRP型材(I )，用壓力機(jī)將所述刺板(2)的刺壓入所述FRP型材(I)中，待所述刺板(2)的板面與所述環(huán)氧樹脂浸潰膠層(3)接觸，膠溢出，停止加壓； 3)、通過螺栓(4)連接兩塊所述刺板(2)。
7.如權(quán)利要求6所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂浸潰膠層(3)的厚度為O. 5mm±0. 1mm。
8.如權(quán)利要求6所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，其特征在于，步驟I)中，首先將FRP型材(I)的接頭連接區(qū)的防滑涂層打磨掉，然后在所述FRP型材(I)的接頭連接區(qū)涂上環(huán)氧樹脂浸潰膠層(3)。
9.如權(quán)利要求6所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，其特征在于，所述刺板(2)的一側(cè)板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為3mm、正方形底邊的邊長為f 3mm。
10.如權(quán)利要求6所述的FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接方法，其特征在于，所述螺栓(4)設(shè)置在所述刺板(2)的兩側(cè)或中部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種FRP型材刺板膠結(jié)復(fù)合連接接頭及方法，包括兩塊刺板，兩塊刺板分別位于FRP型材的接頭連接區(qū)的兩面，兩塊刺板的帶刺面均朝向FRP型材，兩塊刺板的刺均插入FRP型材，兩塊刺板和FRP型材之間均設(shè)置有環(huán)氧樹脂浸漬膠層，兩塊刺板之間通過螺栓連接。本發(fā)明刺板與FRP型材的連接成功地將刺引入到膠層抗剪界面，大大提高了膠層界面的抗剪強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了膠結(jié)與刺板連接的共同受力，具有強(qiáng)度高、延性好、接頭效率高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的連接接頭施工簡單、快捷、方便、可靠，利用該連接方法可以進(jìn)行FRP型材的單向接長、多向連接，也可以對(duì)刺板進(jìn)行外接設(shè)計(jì)處理，以適合螺栓連接、焊接等操作，因而可以將該接頭運(yùn)用到復(fù)合材料桁架、網(wǎng)架、橋梁等結(jié)構(gòu)中。
文檔編號(hào)E01D21/00GK103061415SQ201310028418
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者吳剛, 詹瑒, 張保龍, 蔣劍彪 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 北京特希達(dá)科技有限公司