CN105114412A - 采用预应力索的复合材料管连接接头及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用预应力索的复合材料管连接接头及其使用方法，包括外套管、内压管、盖帽、预应力索和锚具。待连接的复合材料管一端与外套管的内壁固连，内压管通过过盈配合设置在外套管与复合材料管连接段内壁，盖帽包括固定环和固定座，固定环设置在固定座上，固定环中心与固定座中心重合，外套管另一端与固定环固连，固定座中心设有一圆孔，预应力索穿过固定座上的圆孔，贯穿复合材料管，锚具设置在所述圆孔内，用于锚固预应力索。本发明通过增加贯穿复合材料管的预应力索，分担了外套管与复合材料管之间所需传递的力，通过设置盖帽，提升接头处的承载力，优化了接头处的受力特性，结构简单、操作方便、实用性强。
Description
技术领域
本发明属于结构工程复合材料构件连接领域，特别涉及一种采用预应力索的复合材料管连接接头及其使用方法。
背景技术
鉴于复合材料轻质、高强、耐腐蚀等优点，已被广泛用于航空航天领域。近年来，随着复合材料的产业化，一些特殊的土木工程也开始使用复合材料作为结构构件，例如应急救援工程采用复合材料构件代替钢构件以便于运输安装。
在复合材料的应用中，复合材料构件之间的连接是面临的重要问题之一。传统的复合材料连接方式有胶接和机械连接。胶接不易拆卸，不易用于临时搭建、随装随拆的工程。机械连接往往破坏了复合材料构件的整体性，大大降低了构件的承载力。中国专利2010101455097，公开了一种树脂基复合材料管与金属材料连接方法，其通过环向高强螺栓或过盈配合的方法对复合材料构件进行连接，理论研究和实际应用都验证了其良好的工作性能。然而，无论理论研究还是实际应用，预紧力齿连接接头处仍然是复合材料整体构件破坏的最薄弱点。因此，对复合材料管连接接头处的受力特性进行优化，提高接头承载力十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用预应力索的复合材料管连接接头，克服传统预紧力齿连接接头处承载力不足的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用预应力索的复合材料管连接接头，包括外套管、内压管、盖帽、预应力索和锚具；待连接的复合材料管一端与外套管的内壁固连，内压管通过过盈配合设置在外套管与复合材料管连接段内壁，盖帽包括固定环和固定座，固定环设置在固定座上，固定环中心与固定座中心重合，外套管另一端与固定环固连，固定座中心设有一圆孔，预应力索穿过固定座上的圆孔，贯穿复合材料管，锚具设置在所述圆孔内，用于锚固预应力索。
所述固定座上的圆孔为楔形孔。
所述外套管的内径和与其固连的复合材料管的外径相同；外套管的外径与固定环的内径相同；内压管的外径较复合材料管的内径稍大。。
所述外套管、内压管、盖帽材料为钢、合金或复合材料。
所述预应力索为钢筋或纤维增强复合材料筋。
所述复合材料管一端与外套管的内壁固连方式优选螺纹连接；外套管另一端与固定环固连方式优选螺纹连接。
一种采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，步骤如下：
步骤1、将复合材料管与外套管的一端固连，其中外套管内径与复合材料管外径相同；
步骤2、内压管通过过盈配合设置在复合材料管与外套管的连接段内壁；
步骤3、将盖帽的固定环与外套管的另一端固连，固定环内径与外套管外径相同；
步骤4、在固定座的圆孔内插入预应力索，预应力索贯穿复合材料管，预应力索预留长度满足锚固要求；
步骤5、将千斤顶固定于混凝土台座上，用千斤顶对预应力索进行张拉，使其内部产生预拉应力；
步骤6、采用锚具将预应力索锚固在固定座的圆孔内；
步骤7、在另一个复合材料管的一端设置如步骤1-6中所述的连接接头，将两个连接接头的盖帽固连。
所述固定座上的圆孔为楔形孔。
所述外套管、内压管、盖帽材料为金属或复合材料；所述预应力索为钢筋或纤维增强复合材料筋。
所述复合材料管一端与外套管的内壁固连方式优选螺纹连接；外套管另一端与固定环固连方式优选螺纹连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）增加贯穿复合材料管的预应力索，分担了外套管与复合材料管之间所需传递的力，提升接头处的承载力；（2）盖帽的固定环扩大了接头处力的传递面积，优化了接头处的受力特性；（3）结构简单、操作方便，实用性强。
附图说明
图1为本发明的采用预应力索的复合材料管连接接头的结构示意图。
图2为本发明的采用预应力索的复合材料管连接接头的外套管与盖帽连接环连接示意图。
图3为本发明的采用预应力索的复合材料管连接接头对预应力索施加预应力示意图。
图4为采用本发明的连接接头连接两个管材的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1和图2，一种采用预应力索的复合材料管连接接头，包括外套管2、内压管3、盖帽4、预应力索5和锚具6；待连接的复合材料管1一端与外套管2的内壁固连，内压管3通过过盈配合设置在外套管2与复合材料管1连接段内壁，盖帽4包括固定环4-1和固定座4-2，固定环4-1设置在固定座4-2上，固定环4-1中心与固定座4-2中心重合，外套管2另一端与固定环4-1固连，固定座4-2中心设有一圆孔，预应力索5穿过固定座4-2上的圆孔，贯穿复合材料管1，锚具6设置在所述圆孔内，用于锚固预应力索5。
所述固定座4-2上的圆孔为楔形孔。
所述外套管2的内径和与其固连的复合材料管1的外径相同；外套管2的外径与固定环4-1的内径相同；内压管3的外径较复合材料管1的内径稍大。
外套管2、内压管3、盖帽4材料为钢、铝合金或复合材料。
所述预应力索5为钢筋或纤维增强复合材料筋。
所述复合材料管1一端与外套管2的内壁固连方式优选螺纹连接；外套管2另一端与固定环4-1固连方式优选螺纹连接。
结合图1-图4，一种采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，步骤如下：
步骤1、将待连接的复合材料管1与外套管2的一端固连，其中外套管2内径与复合材料管1外径相同。
步骤2、内压管3通过过盈配合设置在复合材料管1与外套管2的连接段内壁。
步骤3、将盖帽4的固定环4-1与外套管2的另一端固连，固定环4-1内径与外套管2外径相同。
步骤4、在固定座4-2的圆孔内插入预应力索5，预应力索5贯穿复合材料管1，预应力索5预留长度满足锚固要求，预应力索5沿复合材料管1中心轴线设置。
步骤5、将千斤顶固定于混凝土台座上，用千斤顶对预应力索5进行张拉，使其内部产生预拉应力。
步骤6、采用锚具将预应力索5锚固在固定座4-2的圆孔内。
步骤7、在另一个复合材料管1的一端设置如步骤1-6中所述的连接接头，将两个连接接头的盖帽固连。
所述固定座4-2上的圆孔为楔形孔。
所述外套管2、内压管3、盖帽4材料为金属或复合材料；所述预应力索5为钢筋或纤维增强复合材料筋。
所述复合材料管1一端与外套管2的内壁固连方式优选螺纹连接；外套管2另一端与固定环4-1固连方式优选螺纹连接。
实施例1
结合图1和图2，一种采用预应力索的复合材料管连接接头，包括外套管2、内压管3、盖帽4、预应力索5和锚具6。待连接的复合材料管1一端与外套管2的内壁通过螺纹连接，内压管3通过过盈配合设置在外套管2与复合材料管1连接段内壁。盖帽4材料为钢，包括固定环4-1和固定座4-2，固定环4-1焊接在固定座4-2上，固定环4-1中心与固定座4-2中心重合，外套管2另一端与固定环4-1通过螺纹连接，固定座4-2中心设有一楔形孔，预应力索5穿过固定座4-2上的楔形孔，贯穿复合材料管1，锚具6设置在所述圆孔内，用于锚固预应力索5。
所述外套管2的内径和与其固连的复合材料管1的外径相同；外套管2的外径与固定环4-1的内径相同；内压管3的外径较复合材料管1的内径稍大。
外套管2、内压管3材料为钢。
所述预应力索5材料为钢筋。
结合图1、图2、图3和图4，一种采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，步骤如下：
步骤1、将待连接的复合材料管1与外套管2的一端通过螺纹固连，其中外套管2内径与复合材料管1外径相同。
步骤2、内压管3通过过盈配合设置在复合材料管1与外套管2的连接段内壁。
步骤3、将盖帽4的固定环4-1与外套管2的另一端通过螺纹固连，固定环4-1内径与外套管2外径相同。
步骤4、在固定座4-2的楔形孔内插入预应力索5，预应力索5贯穿复合材料管1，预应力索5预留长度满足锚固要求，预应力索5沿复合材料管1中心轴线设置。
步骤5、将千斤顶固定于混凝土台座上，用千斤顶对预应力索5进行张拉，使其内部产生预拉应力。
步骤6、采用锚具将预应力索5锚固在固定座4-2的楔形孔内。
步骤7、在另一个复合材料管1的一端设置如步骤1-6中所述的连接接头，，将两个连接接头的盖帽焊接。
实施例2
结合图1和图2，一种采用预应力索的复合材料管连接接头，包括外套管2、内压管3、盖帽4、预应力索5和锚具6。待连接的复合材料管1一端与外套管2的内壁通过灌胶固连，内压管3通过过盈配合设置在外套管2与复合材料管1连接段内壁，盖帽4采用复合材料一体成型，包括固定环4-1和固定座4-2，固定环4-1设置在固定座4-2上，固定环4-1中心与固定座4-2中心重合，外套管2另一端与固定环4-1通过灌胶固连，固定座4-2中心设有一圆孔，预应力索5穿过固定座4-2上的圆孔，贯穿复合材料管1，锚具6设置在所述圆孔内，用于锚固预应力索5。
所述外套管2的内径和与其固连的复合材料管1的外径相同；外套管2的外径与固定环4-1的内径相同；内压管3的外径较复合材料管1的内径稍大。
外套管2、内压管3材料为复合材料。
所述预应力索5为纤维增强复合材料筋。
结合图1、图2、图3和图4，一种采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，步骤如下：
步骤1、将待连接的复合材料管1与外套管2的一端通过灌胶固连，其中外套管2内径与复合材料管1外径相同。
步骤2、内压管3通过过盈配合设置在复合材料管1与外套管2的连接段内壁。
步骤3、将盖帽4的固定环4-1与外套管2的另一端通过灌胶固连，固定环4-1内径与外套管2外径相同。
步骤4、在固定座4-2的圆孔内插入预应力索5，预应力索5贯穿复合材料管1，预应力索5预留长度满足锚固要求，预应力索5沿复合材料管1中心轴线设置。
步骤5、将千斤顶固定于混凝土台座上，用千斤顶对预应力索5进行张拉，使其内部产生预拉应力。
步骤6、采用锚具将预应力索5锚固在固定座4-2的圆孔内。
步骤7、在另一个复合材料管1的一端设置如步骤1-6中所述的连接接头，将两个连接接头的盖帽4铆接。
实施例3
结合图1和图2，一种采用预应力索的复合材料管连接接头，包括外套管2、内压管3、盖帽4、预应力索5和锚具6。待连接的复合材料管1一端与外套管2的内壁通过螺纹连接，内压管3通过过盈配合设置在外套管2与复合材料管1连接段内壁，盖帽4整体工厂制作，包括固定环4-1和固定座4-2，固定环4-1中心与固定座4-2中心重合，外套管2另一端与固定环4-1通过螺纹连接，固定座4-2中心设有一楔形孔，预应力索5穿过固定座4-2上的楔形孔，贯穿复合材料管1，锚具6设置在所述楔形孔内，用于锚固预应力索5。
所述外套管2的内径和与其固连的复合材料管1的外径相同；外套管2的外径与固定环4-1的内径相同；内压管3的外径较复合材料管1的内径稍大。
外套管2、内压管3、盖帽4材料为铝合金。
所述预应力索5为纤维增强复合材料筋。
结合图1、图2、图3和图4，一种采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，步骤如下：
步骤1、将待连接的复合材料管1与外套管2的一端通过螺纹连接，其中外套管2内径与复合材料管1外径相同。
步骤2、内压管3通过过盈配合设置在复合材料管1与外套管2的连接段内壁。
步骤3、将盖帽4的固定环4-1与外套管2的另一端通过螺纹连接，固定环4-1内径与外套管2外径相同。
步骤4、在固定座4-2的圆孔内插入预应力索5，预应力索5贯穿复合材料管1，预应力索5预留长度满足锚固要求。
步骤5、将千斤顶固定于混凝土台座上，用千斤顶对预应力索5进行张拉，使其内部产生预拉应力。
步骤6、采用锚具将预应力索5锚固在固定座4-2的圆孔内。
步骤7、在另一个复合材料管1的一端设置如步骤1-6中所述的连接接头，其盖帽4材料为复合材料，将两个连接接头的盖帽铆接。
本发明增加了贯穿复合材料管1的预应力索，分担了外套管2与复合材料管1之间所需传递的力，提升接头处的承载力；盖帽4的固定环4-1扩大了接头处力的传递面积，优化了接头处的受力特性；结构简单、操作方便，实用性强。
Claims (10)
1.一种采用预应力索的复合材料管连接接头，其特征在于：包括外套管（2）、内压管（3）、盖帽（4）、预应力索（5）和锚具（6）；待连接的复合材料管（1）一端与外套管（2）的内壁固连，内压管（3）通过过盈配合设置在外套管（2）与复合材料管（1）连接段内壁，盖帽（4）包括固定环（4-1）和固定座（4-2），固定环（4-1）设置在固定座（4-2）上，固定环（4-1）中心与固定座（4-2）中心重合，外套管（2）另一端与固定环（4-1）固连，固定座（4-2）中心设有一圆孔，预应力索（5）穿过固定座（4-2）上的圆孔，贯穿复合材料管（1），锚具（6）设置在所述圆孔内，用于锚固预应力索（5）。
2.根据权利要求1所述的采用预应力索的复合材料管连接接头，其特征在于：所述固定座（4-2）上的圆孔为楔形孔。
3.根据权利要求1所述的采用预应力索的复合材料管连接接头，其特征在于：所述外套管（2）的内径和与其固连的复合材料管（1）的外径相同；外套管（2）的外径与固定环（4-1）的内径相同；内压管（3）的外径较复合材料管（1）的内径稍大。
4.根据权利要求1所述的采用预应力索的复合材料管连接接头，其特征在于：所述外套管（2）、内压管（3）、盖帽（4）材料为钢、合金或复合材料。
5.根据权利要求1所述的采用预应力索的复合材料管连接接头，其特征在于：所述预应力索（5）为钢筋或纤维增强复合材料筋。
6.根据权利要求1所述的采用预应力索的复合材料管连接接头，其特征在于：所述复合材料管（1）一端与外套管（2）的内壁固连方式优选螺纹连接；外套管（2）另一端与固定环（4-1）固连方式优选螺纹连接。
7.基于权利要求1所述的采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、将待连接的复合材料管（1）与外套管（2）的一端固连，其中外套管（2）内径与复合材料管（1）外径相同；
步骤2、内压管（3）通过过盈配合设置在复合材料管（1）与外套管（2）的连接段内壁；
步骤3、将盖帽（4）的固定环（4-1）与外套管（2）的另一端固连，固定环（4-1）内径与外套管（2）外径相同；
步骤4、在固定座（4-2）的圆孔内插入预应力索（5），预应力索（5）贯穿复合材料管（1），预应力索（5）预留长度满足锚固要求；
步骤5、将千斤顶固定于混凝土台座上，用千斤顶对预应力索（5）进行张拉，使其内部产生预拉应力；
步骤6、采用锚具将预应力索（5）锚固在固定座（4-2）的圆孔内；
步骤7、在另一个复合材料管（1）的一端设置如步骤1-6中所述的连接接头，将两个连接接头的盖帽固连。
8.根据权利要求7所述的采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，其特征在于：所述固定座（4-2）上的圆孔为楔形孔。
9.根据权利要求7所述的采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，其特征在于：所述外套管（2）、内压管（3）、盖帽（4）材料为金属或复合材料；所述预应力索（5）为钢筋或纤维增强复合材料筋。
10.根据权利要求7所述的采用预应力索的复合材料管连接接头的使用方法，其特征在于：所述复合材料管（1）一端与外套管（2）的内壁固连方式优选螺纹连接；外套管（2）另一端与固定环（4-1）固连方式优选螺纹连接。
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