CN103061415B - Frp型材刺板胶结复合连接接头及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FRP型材刺板胶结复合连接接头及方法，包括两块刺板，两块刺板分别位于FRP型材的接头连接区的两面，两块刺板的带刺面均朝向FRP型材，两块刺板的刺均插入FRP型材，两块刺板和FRP型材之间均设置有环氧树脂浸渍胶层，两块刺板之间通过螺栓连接。本发明刺板与FRP型材的连接成功地将刺引入到胶层抗剪界面，大大提高了胶层界面的抗剪强度，实现了胶结与刺板连接的共同受力，具有强度高、延性好、接头效率高等优点。本发明的连接接头施工简单、快捷、方便、可靠，利用该连接方法可以进行FRP型材的单向接长、多向连接，也可以对刺板进行外接设计处理，以适合螺栓连接、焊接等操作，因而可以将该接头运用到复合材料桁架、网架、桥梁等结构中。

Description

FRP型材刺板胶结复合连接接头及方法

技术领域

本发明属于土建交通技术领域，涉及一种FRP型材刺板胶结复合连接接头及方法。

背景技术

土建交通用FRP型材是以环氧树脂为基体，以无捻纤维为增强材料，同时添加特殊要求助剂，经拉挤成型工艺制成的不同规格型材，其具有比强度、比刚度高，耐腐蚀、耐疲劳性能好及可设计性等特点。

在土建交通领域，FRP型材的应用起步较晚。目前，该领域FRP型材的连接基本沿用了航空领域复合材料的节点连接方式：胶结连接、机械连接及二者的混合连接。航空领域所用型材为层铺型材，层铺型材可根据具体受力将纤维多方向铺设，以实现最有利受力的连接。然而，土建交通领域所用型材主要是拉挤型材，拉挤型材纤维方向主要沿型材长度方向，该种型材螺栓连接方式的接头效率低于30%，型材受螺栓挤压后多发生型材的剪脱破坏。另一方面，由于土建交通领域的FRP型材板面较厚，若采用胶结连接方式，为保证足够的接头效率，所需的搭接长度较大，而且更多的情况下由于构造问题不能实现足够的搭接长度。由于不能实现两种连接方式的共同受力，胶结与机械混合连接接头的接头效率并不能得到有效提高。

综上，目前土建交通领域FRP型材应用的节点连接存在接头效率低、质量无法保证等缺点，远不能满足工程需要，这也成为了FRP型材在土建交通领域应用的瓶颈。

因此，需要一种新的FRP型材连接接头以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中FRP型材连接接头的缺陷，提供一种连接强度高的FRP型材刺板胶结复合连接接头。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的FRP型材刺板胶结复合连接接头采用如下技术方案：

一种FRP型材刺板胶结复合连接接头，所述连接接头包括两块刺板，两块所述刺板分别位于所述FRP型材的接头连接区的两面，两块所述刺板的带刺面均朝向所述FRP型材，两块所述刺板和所述FRP型材之间均设置有环氧树脂浸渍胶层，两块所述刺板的刺均插入所述FRP型材，两块所述刺板之间通过螺栓连接。

更进一步的，所述螺栓设置在所述刺板的两侧或中部。

更进一步的，所述环氧树脂浸渍胶层的厚度为0.5mm±0.1mm。

更进一步的，所述FRP型材的接头连接区设置有凹部。其中，凹部通过将FRP型材的接头连接区的防滑涂层打磨掉形成。

更进一步的，所述刺板的一侧板面均匀分布有刺，所述刺为圆形刺或正四棱锥形刺，所述圆形刺的间距为8~12mm、长度为2~4mm、底边的直径为1~3mm；所述正四棱锥形刺的间距为3~6mm、长度为1~3mm、正方形底边的边长为1~3mm。

本发明还公开了一种FRP型材刺板胶结复合连接方法。

一种FRP型材刺板胶结复合连接方法，包括以下步骤：

1）、在FRP型材的接头连接区涂上环氧树脂浸渍胶层；

2）、将两块刺板分别放置在FRP型材的接头连接区的两面，两块所述刺板的带刺面均朝向所述FRP型材，用压力机将所述刺板的刺压入所述FRP型材中，待所述刺板的板面与所述环氧树脂浸渍胶层接触，胶溢出，停止加压；

3）、通过螺栓连接两块所述刺板。

更进一步的，所述环氧树脂浸渍胶层的厚度为0.5mm±0.1mm。

更进一步的，步骤1）中，首先将FRP型材的接头连接区的防滑涂层打磨掉，然后在所述FRP型材的接头连接区涂上环氧树脂浸渍胶层。

更进一步的，所述刺板的一侧板面均匀分布有刺，所述刺为圆形刺或正四棱锥形刺，所述圆形刺的间距为8~12mm、长度为2~4mm、底边的直径为1~3mm；所述正四棱锥形刺的间距为3~6mm、长度为1~3mm、正方形底边的边长为1~3mm。

更进一步的，所述螺栓设置在所述刺板的两侧或中部。

有益效果：与现有技术方法相比，本发明的FRP型材刺板胶结复合连接接头及方法有益效果是：

1、刺板与FRP型材的连接成功地将刺引入到胶层抗剪界面，大大提高了胶层界面的抗剪强度，实现了胶结与刺板连接的共同受力，具有强度高、延性好、接头效率高等优点；请参阅图8所示，项目组前期验证性试验已经证明，采用20cm长的刺板，板面分布圆钢刺的间距为10mm、长度为3mm、直径为2mm，对厚度10mm、宽度85mm的型材板，本发明新型节点接头部分可以提供21t的承载力，接头效率达61%，而同等连接长度的螺栓连接仅提供6t的承载力，胶结连接提供6.5t的承载力，传递效率不足16%。

2、本发明的连接接头施工简单、快捷、方便、可靠，利用该连接方法可以进行FRP型材的单向接长、多向连接，也可以对刺板进行外接设计处理，以适合螺栓连接、焊接等操作，因而可以将该接头运用到复合材料桁架、网架、桥梁等结构中。

附图说明

图1为本发明的FRP型材刺板胶结复合连接接头的结构示意图；

图2为刺板外侧设置螺栓连接的主视图；

图3为刺板外侧设置螺栓连接的俯视图；

图4为刺板内侧设置螺栓连接的主视图；

图5为刺板内侧设置螺栓连接的俯视图；

图6为外侧设置有螺栓孔的刺板的俯视图；

图7为外侧设置有螺栓孔的刺板的主视图；

图8为FRP型材刺板连接、螺栓连接和胶结连接的荷载-位移曲线图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明的FRP型材刺板胶结复合连接接头，连接接头包括两块刺板2，两块刺板2分别位于FRP型材1的接头连接区的两面，两块刺板2的带刺面均朝向FRP型材1。两块刺板2和FRP型材1之间均设置有环氧树脂浸渍胶层3，其中，环氧树脂浸渍胶层3的厚度为0.5mm±0.1mm。两块刺板2之间通过螺栓4连接。其中，螺栓4设置在刺板2的两侧或中部。FRP型材1的接头连接区设置有凹部。其中，凹部通过将FRP型材的接头连接区的防滑涂层打磨掉形成。凹部的深度为0.5mm±0.1mm。其中，FRP（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP），为纤维增强复合材料，是由纤维材料和基体材料按一定的比例混合并经过一定的工艺复合形成的高性能材料。FRP型材，包括一切由FRP制作的型材构件，如FRP型材板，FRP角钢，FRP槽型钢，FRP工字钢等。刺板，指通过机械加工、分件组装或铸造等工艺制作的带刺的钢板，该钢板的一侧板面上分布有一定间距、一定长度、一定形状的钢刺。其中，本发明中钢板的厚度为6±0.5mm。刺板根据连接需要，或在板两侧边设有上下刺板对接螺栓孔，或在板中设有安装螺栓孔。其中，机械加工制作刺板，是指运用机械加工机床在厚板上直接加工出分布钢刺，钢刺为正四棱锥形刺，钢刺的间距为3~6mm、长度为1~3mm、正方形底边的边长为1~3mm；分件组装制作刺板，是指首先在板面上加工出5mm深的刺孔，然后将预制好的钢刺涂胶后嵌入孔中；其板面分布间距为8~12mm、长度为2~4mm、底边的直径为1~3mm的圆钢刺；铸造工艺制作刺板，是指将熔炼的钢水浇注入刺板铸型内，经冷却凝固形成刺板，适用于圆形刺及正四棱锥形刺。

本发明还公开了一种FRP型材刺板胶结复合连接方法，包括以下步骤：

1）、首先将FRP型材1的接头连接区的防滑涂层打磨掉，然后在FRP型材1的接头连接区涂上环氧树脂浸渍胶层3；其中，环氧树脂浸渍胶层3的厚度为0.5mm±0.1mm。打磨掉的防滑涂层的厚度为0.5mm±0.1mm。

2）、将两块刺板2分别放置在FRP型材1的接头连接区的两面，两块刺板2的带刺面均朝向FRP型材1，用压力机将刺板2的刺压入FRP型材1中，待刺板2的板面与环氧树脂浸渍胶层3接触，胶溢出，停止加压；

3）、通过螺栓4连接两块刺板2。其中，螺栓4设置在刺板2的两侧或中部。

实施例1

请参阅图1、图2、图3、图6和图7所示：

首先，使用打磨机将FRP型材1的接头连接区的防滑涂层打磨掉，打磨时应注意控制打磨深度，以0.5mm±0.1mm为宜。

其次，将接头尺寸标定在FRP型材1上，将环氧树脂浸渍胶3涂抹在FRP型材1接头处，厚度为0.5mm±0.1mm为宜。

第三，将一刺板2置于压力机静止平台板面上，FRP型材1接头置于刺板2上，并扶正，另一刺板2置于FRP型材1上，两刺板2的带刺面均朝向FRP型材1。

第四，开动压力机加压，将刺板2的刺压入FRP型材1内，待刺压入一定深度：刺板3与胶层接触，胶溢出，停止加压，将螺栓4旋入上下刺板2对接螺栓孔，用扭力扳手旋紧螺栓4，完成螺栓4连接，压力机卸载。固结硬化之后，连接接头制作完成。

实施例2

请参阅图1、图4和图5所示：       

除以下与实施例1不同外，其他部分均相同：刺板2侧边无上下对接螺栓孔，刺板2板端也无螺栓孔，刺板2的安装螺栓孔在刺板2中，所以在与FRP型材1连接时，需要在FRP型材1对应位置开螺栓孔。

与现有技术方法相比，本发明的有益效果是：

1、刺板与FRP型材的连接成功地将刺引入到胶层抗剪界面，大大提高了胶层界面的抗剪强度，实现了胶结与刺板连接的共同受力，具有强度高、延性好、接头效率高等优点；请参阅图8所示，项目组前期验证性试验已经证明，采用20cm长的刺板，板面分布圆钢刺的间距为10mm、长度为3mm、直径为2mm，对厚度10mm、宽度85mm的型材板，本发明新型节点接头部分可以提供21t的承载力，接头效率达61%，而同等连接长度的螺栓连接仅提供6t的承载力，胶结连接提供6.5t的承载力，传递效率不足16%。

2、本发明的连接接头施工简单、快捷、方便、可靠，利用该连接方法可以进行FRP型材的单向接长、多向连接，也可以对刺板进行外接设计处理，以适合螺栓连接、焊接等操作，因而可以将该接头运用到复合材料桁架、网架、桥梁等结构中。

Claims (8)

1.一种FRP型材刺板胶结复合连接接头，其特征在于：所述连接接头包括两块刺板(2)，两块所述刺板(2)分别位于所述FRP型材(1)的接头连接区的两面，两块所述刺板(2)的带刺面均朝向所述FRP型材(1)，两块所述刺板(2)的刺均插入所述FRP型材(1)，两块所述刺板(2)和所述FRP型材(1)之间均设置有环氧树脂浸渍胶层(3)，两块所述刺板(2)之间通过螺栓(4)连接，所述刺板(2)的一侧板面均匀分布有刺，所述刺为圆形刺或正四棱锥形刺，所述圆形刺的间距为8～12mm、长度为2～4mm、底边的直径为1～3mm；所述正四棱锥形刺的间距为3～6mm、长度为1～3mm、正方形底边的边长为1～3mm，所述螺栓(4)设置在所述刺板(2)的两侧或中部。

2.如权利要求1所述的FRP型材刺板胶结复合连接接头，其特征在于，所述环氧树脂浸渍胶层(3)的厚度为0.5mm±0.1mm。

3.如权利要求1所述的FRP型材刺板胶结复合连接接头，其特征在于，所述FRP型材(1)的接头连接区设置有凹部。

4.一种FRP型材刺板胶结复合连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、在FRP型材(1)的接头连接区涂上环氧树脂浸渍胶层(3)；

2)、将两块刺板(2)分别放置在FRP型材(1)的接头连接区的两面，两块所述刺板(2)的带刺面均朝向所述FRP型材(1)，用压力机将所述刺板(2)的刺压入所述FRP型材(1)中，待所述刺板(2)的板面与所述环氧树脂浸渍胶层(3)接触，胶溢出，停止加压；

3)、通过螺栓(4)连接两块所述刺板(2)。

5.如权利要求4所述的FRP型材刺板胶结复合连接方法，其特征在于，所述环氧树脂浸渍胶层(3)的厚度为0.5mm±0.1mm。

6.如权利要求5所述的FRP型材刺板胶结复合连接方法，其特征在于，步骤1)中，首先将FRP型材(1)的接头连接区的防滑涂层打磨掉，然后在所述FRP型材(1)的接头连接区涂上环氧树脂浸渍胶层(3)。

7.如权利要求4所述的FRP型材刺板胶结复合连接方法，其特征在于，所述刺板(2)的一侧板面均匀分布有刺，所述刺为圆形刺或正四棱锥形刺，所述圆形刺的间距为8～12mm、长度为2～4mm、底边的直径为1～3mm；所述正四棱锥形刺的间距为3～6mm、长度为1～3mm、正方形底边的边长为1～3mm。

8.如权利要求4所述的FRP型材刺板胶结复合连接方法，其特征在于，所述螺栓(4)设置在所述刺板(2)的两侧或中部。