CN109955488B - 一种纤维增强复合材料筋的连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强复合材料(FRP)筋的连接方法，采用梭形外套筒通过螺纹机械咬合和胶粘双重作用将两根FRP筋进行连接，并使其在混凝土中共同受力。该发明的主要特点是：首先生产一个FRP材料与热塑性环氧树脂混合制备的复合材料圆柱形连接套筒，在套筒内灌注热固性树脂后，将2根FRP筋先后插入套筒中进行对接，最后通过一个特殊形状的模具对套筒和FRP筋整体进行加热并加压，使得套筒材料的热塑性树脂软化，并在模具中被压成梭形，该形状有利于减小应力集中，固化后的套筒‑FRP筋整体性能优越。本发明用于FRP筋在混凝土结构(梁、柱等)中的连接，具有施工方便、对接长度较小、强度高的特点，可以保证混凝土中的FRP筋之间进行有效的对接。

Description

一种纤维增强复合材料筋的连接方法

技术领域

本发明涉及土建、交通等领域的混凝土结构中纤维增强复合材料筋的连接技术领域。

背景技术

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)具有高强、质轻、耐腐蚀和耐疲劳等优点。FRP筋是由纤维纱按一定比例浸渍树脂，通过拉挤工艺成型的复合材料，是土木工程应用中钢筋的理想替代品，目前在桥梁、水工建筑物、海港码头及加固工程中已得到应用。

尽管FRP筋用于土木工程领域有着广阔的前景，但作为钢筋的替代品应用于混凝土结构中时还存在一定的问题。用于混凝土结构的FRP筋，一旦其直径超过14mm就很难采取盘卷的方式运输，必须进行切割。并且，其切割长度也受到交通工具的限制。因此，当采用FRP筋的混凝土结构的长度大于FRP筋切割后的长度时，就需要对FRP筋进行连接。虽然目前对于钢筋的连接已经有绑扎搭接、机械连接和焊接这三种成熟的连接方式，但目前对于FRP筋仍然没有一种有效的连接方法。此前，曾经有施工人员在现场采用粗纱浸渍树脂后缠绕的方式对FRP筋进行搭接连接。但是连接在一起的FRP筋一般较长，且所需要的搭接长度往往有几十公分，若采用这种方法，缠绕粗纱将非常麻烦，很难满足施工中所要求的快捷性、简易性。

因此，FRP筋之间的搭接技术是其应用于大尺寸混凝土结构的瓶颈问题。由于目前FRP筋连接技术的空白，开发出可靠的、简便的适用于FRP筋连接的施工技术是十分必要的。

发明内容

发明目的：针对目前的纤维增强复合材料筋连接问题的工程技术问题，需要一种施工方便、同时又能有效地对纤维增强复合材料筋进行连接的结构及方法。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，包括：

将两根待连接的纤维增强复合材料筋分别从一内部灌注热固性树脂的套筒的两端插入套筒内，套筒由纤维与热塑性树脂制成；

通过一个挤压模具对插入有纤维增强复合材料筋的套筒进行加压并加热，使得套筒材料的热塑性树脂软化，并通过液压钳加压，在挤压模具的挤压作用下使套筒的两端延轴向和径向变形，套筒的两端与纤维增强复合材料筋固定连接成一个整体，套筒与热固性树脂、纤维增强复合材料筋之间形成一个整体，并在连接处形成一个内腔。

所述内腔的最大截面积大于纤维增强复合材料筋本体截面积的1.3倍，内腔的长度介于10d到20d之间。内腔的最大截面积大于FRP筋本体截面积的1.3倍，保证腔内的热固性树脂的充分地分布在FRP筋周围，有利于连接部的整体性。

所述套筒为纤维与热塑性环氧树脂经拉缠工艺生产而成的复合材料圆柱形连接套筒。

所述套筒的纤维包括横向纤维和纵向纤维，其中横向纤维质量与纤维总质量的比值不小于15％，纵向纤维质量分数比纤维增强复合材料筋的纵向纤维质量分数大30％，以保证连接套筒的强度大于FRP筋的强度，避免连接套筒的破坏，以提供足够的环向握裹力。

套筒表面有用于增强其与混凝土之间的粘结力与咬合力的刻痕。

为了保证连接部分荷载的有效传递且避免发生拔出破坏，所述连接部的长度不小于20d，d为FRP筋的直径。

灌注在套筒中的热固性树脂的目的是防止加压之后FRP筋与套筒之间会有微小的缝隙，树脂的存在可以填补这些缝隙，使套筒内部更加密实。

有益效果：本发明用于混凝土结构中的FRP筋之间的连接。外套筒通过机械咬合和胶粘双重作用将两根FRP筋进行连接，从而实现荷载在两根FRP筋之间的正常传递，并且施工方便、性能可靠。其优点具体可概括为：

首先，圆柱形FRP复合材料套筒是通过拉缠工艺生产的，其产品性能稳定，并且能够进行批量化生产。

其次，所述连接方法在施工上具有独特的实用性。在施工现场只需要通过压力钳将加热软化后的套筒压入模具中成型，可操作性强。另外，梭形的套筒外形有利于应力的平缓分布，避免出现应力集中。锥形的挤压段在FRP筋受力时还可以提供横向压紧力，增强连接性能。

最后，胶层的存在可以提供可靠的粘结力，以防止在较高的应力下FRP筋表面肋被剪断的情况，并与肋之间的机械咬合力共同提供FRP筋之间的连接作用。由于同时具有机械咬合力和粘结力，以较短的连接长度保证了FRP筋之间的有效连接。

附图说明

图1为圆柱形套筒横向截面图；

图2为圆柱形套筒纵向剖面图；

图3为FRP筋在圆柱形套筒中对接示意图；

图4为挤压模具纵向剖面图；

图5为挤压模具对套筒加压示意图；

图6为套筒最终成型图。

其中：1、套筒，2、FRP筋，3、热固性树脂，4、内腔，5、刻痕，6、挤压模具，61、挤压面，62、内部柱面，63、外部柱面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

首先通过拉缠工艺生产一个纤维与热塑性环氧树脂混合制备的复合材料圆柱形连接套筒1(图1、图2)，在拉缠的过程中，注意控制横向纤维质量分数不小于15％，纵向纤维质量分数比FRP筋的纵向纤维质量分数大30％。热塑性树脂的作用是使套筒在加热挤压时产生变形。

生产完毕后，将套筒1切割成既定尺寸，于施工现场向圆柱形套筒的内部灌注热固性树脂，将2根FRP筋2分别从两端插入套筒中后(图3)，通过一个挤压模具6(图4)对套筒1和FRP筋2整体进行加热至120～140℃，并加压10～20MPa维持20～30分钟(图5)，使得套筒材料的热塑性树脂软化，并在挤压模具中被压成梭形。加压固化之后，套筒内由于挤压模具的挤压会出现一个梭形的内腔4，内腔的最大截面积大于FRP筋2本体截面积的1.3倍，内腔的长度介于10d到20d之间，d为FRP筋的直径。内腔压力为正压，参见图6，在FRP筋受力的时候可以提供横向压紧力，约10～20MPa。

图4为本发明连接方法中使用的挤压模具，由两个半圆形或多个扇形围合而成的一个圆形筒体。在筒体内部为一个梭形挤压腔，梭形挤压腔包括两个具有变截面段的挤压面61、外部柱面63以及一个内部柱面62，两个挤压面61位于内部柱面62和外部柱面63之间。在挤压面61上设置有形成刻痕5的挤压槽64。

Claims (5)

1.一种纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，包括：

将两根待连接的纤维增强复合材料筋分别从一内部灌注热固性树脂的套筒的两端插入套筒内，其中套筒由纤维与热塑性树脂制成；

通过一个挤压模具对插入有纤维增强复合材料筋的套筒进行加压并加热，使得套筒的两端在材料软化后沿轴向和径向变形，套筒的两端通过所述热固性树脂和纤维增强复合材料筋固化为一个整体，套筒的中部与纤维增强复合材料筋之间形成一个梭形的内腔，内腔压力为正压；所述内腔的最大截面积大于纤维增强复合材料筋本体截面积的1.3倍，内腔的长度介于10d到20d之间，d为纤维增强复合材料筋的直径；所述套筒端部与纤维增强复合材料筋连接处的长度不小于20d。

2.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于，所述套筒为纤维与热塑性环氧树脂经拉缠工艺生产而成的复合材料圆柱形连接套筒。

3.根据权利要求2所述的连接方法，其特征在于：所述套筒的纤维包括横向纤维和纵向纤维，其中横向纤维质量分数不小于15%，纵向纤维质量分数比纤维增强复合材料筋的纵向纤维质量分数大30%。

4.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于：套筒表面有用于增强其与混凝土之间的粘结力与咬合力的刻痕。

5.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于：对所述套筒进行加压和加热的工艺条件为：压力10~15MPa；温度120~140℃，时间20~30分钟。

Images