CN112554334A - 一种四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用，四根工字梁的端头顺次对接围合成矩形框架结构；每两根对接的工字梁的翼缘板通过连接板组和第一螺栓组紧固连接；每两根对接的工字梁的腹板通过第一角钢和第二螺栓组紧固连接；四根条形板的一端分别与四根工字梁的四个连接节点对接，并通过多个第二角钢、第三螺栓组和第一螺栓组紧固连接；四根条形板的另一端通过多个第三角钢和第四螺栓组紧固连接；四根条形板和矩形框架结构形成四棱锥型框架结构。本发明将四棱锥型复合材料框架结构应用于PFRP工字梁和条形板连接，能够有效利用新材料的结构和性能优势，促进新材料的使用和发展，且能够最大程度提高节点连接结构的刚度和强度。

Description

一种四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，更具体的说是涉及一种四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用。

背景技术

纤维增强复合材料拉挤型材，简称为PFRP，是以FRP纤维丝为材料，通过拉挤工艺生产而成的一种新型型材，其具有FRP材料一贯的轻质、高强、耐腐蚀、加工便捷等优点，同时其生产效率高这一显著优点能使该材料可被大面积推广，并应用于一般环境或特殊环境下的结构。

PFRP型材的连接问题一直是各国学者关注的焦点，以往对于PFRP型材连接的研究主要集中于板材的连接，连接方式包括螺栓连接，胶接连接和胶栓混合连接。板材的连接其破坏主要发生在一个平面，是一个二维问题。而工字梁、条形板条等型材的连接其破坏可能发生在各个面上，如纤维、基体开裂破坏和层间剥离破坏等是一个三维问题，以往适用于板材的连接方式并不能直接用于管材的节点连接，有许多问题亟待解决。同时，复合材料无法进行焊接，这也对其连接方式产生了更高的要求。

因此，如何提供一种高强度的四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用，满足型材梁不同情况下的需要，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种四棱锥型复合材料框架结构，包括：

工字梁；所述工字梁的数量为四根；所述工字梁的两端形成有45°切口；四根所述工字梁的端头顺次对接围合成矩形框架结构；每两根对接的所述工字梁的翼缘板通过连接板组和第一螺栓组紧固连接；每两根对接的所述工字梁的腹板通过第一角钢和第二螺栓组紧固连接；

条形板；所述条形板的数量为四根；四根所述条形板的一端分别与四根所述工字梁的四个连接节点对接，并通过多个第二角钢、第三螺栓组和所述第一螺栓组紧固连接；四根所述条形板的另一端通过多个第三角钢和第四螺栓组紧固连接；四根所述条形板和所述矩形框架结构形成四棱锥型框架结构。

通过上述技术方案，本发明利用连接板组、各角钢和各螺栓组的紧固进一步提高连接结构的稳定性，选用强度高刚度大的PFRP结构，有效的提升了结构的承载能力。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述工字梁、所述条形板、所述第一角钢、所述第二角钢、所述第三角钢、所述第一螺栓组、所述第二螺栓组、所述第三螺栓组和所述第四螺栓组均为PFRP材质。PFRP材料具有轻质、高强、耐腐蚀、加工便捷等优点。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述连接板组包括两块五边形连接板；所述五边形连接板相邻的三个内角均为90°；两块所述五边形连接板贴合布置在两根所述工字梁连接点的翼缘板外侧面上。既能够与工字梁随型贴合，又能够增强节点连接处的强度和刚度，保证连接的结构稳定性。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述工字梁端头的翼缘板上开设有多个第一连接孔；所述五边形连接板上开设有多个与所述第一连接孔对应的第二连接孔；所述第一螺栓组连接所述第一连接孔和第二连接孔。能够满足第一螺栓组的连接需求。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述五边形连接板为PFRP材质。PFRP材料具有轻质、高强、耐腐蚀、加工便捷等优点。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述条形板的两端分别开设有第五连接孔和第六连接孔；每根所述条形板的端头两侧布置有两个所述第二角钢；所述第二角钢上开设有与所述第五连接孔对应的第七连接孔，所述第三螺栓组连接所述第五连接孔和所述第七连接孔；所述第二角钢上还开设有与所述第一连接孔对应的第八连接孔；所述第一螺栓组连接所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第八连接孔；所述第三角钢的数量为四个，且分别贴合布置在每两个相邻的所述条形板的端头之间；所述第三角钢上开设有与所述第六连接孔对应的第九连接孔；所述第四螺栓组连接所述第六连接孔和所述第九连接孔。能够满足第一螺栓组、第三螺栓组和第四螺栓组的连接需求。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述工字梁的腹板上开设有第三连接孔；所述第一角钢的板体上开设有与所述第三连接孔对应的第四连接孔；所述第二螺栓组连接所述第三连接孔和第四连接孔。能够满足第二螺栓组的连接需求。

优选的，在上述一种四棱锥型复合材料框架结构中，所述矩形框架结构为正方形。能够满足四棱锥型框架的结构需求。

本发明还提供了一种四棱锥型复合材料框架结构的连接方法，包括以下步骤：

S1、根据节点连接承载力的需求设计工字梁和条形板的使用参数，连接板组、各角钢和各螺栓组的使用参数；

S2、在工字梁的腹板和翼缘板上根据第一螺栓组和第二螺栓组的尺寸并结合装配误差开孔，在连接板组上对应开孔；

S3、将工字梁端部切出45°切口并两两拼接；

S4、将连接板组分别贴合在工字梁连接处的顶面和底面，并通过第一螺栓组紧固连接，将第一角钢贴合在工字梁连接处的腹板，并通过第二螺栓组紧固连接。

S5、在条形板的端头两侧根据第三螺栓组和第四螺栓组的尺寸并结合装配误差开孔，在第二角钢和第三角钢上对应开孔；

S6、将条形板一端以一定角度竖起并对齐，用第三角钢贴合于条形板端部并通过第四螺栓组紧固连接，将条形板另一端用一对第二角钢固定在连接板组上，通过第三螺栓组紧固连接。

通过上述技术方案，本发明提供了一种便于设计和安装的四棱锥型复合材料框架结构的生产工艺，能够快速实现对各施工材料的参数设计和选择，安装便捷，实用性强，便于推广。

本发明还提供了一种上述的复合材料框架结构的连接方法在PFRP工字梁连接中的应用。

本发明将四棱锥型复合材料框架结构应用于PFRP工字梁和条形板连接，能够有效利用新材料的结构和性能优势，促进新材料的使用和发展，且能够最大程度提高节点连接结构的刚度和强度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种四棱锥型复合材料框架结构及其连接方法和应用，具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种便于设计和安装的四棱锥型复合材料框架结构的生产工艺，能够快速实现对各施工材料的参数设计和选择，安装便捷，实用性强，便于推广。

2、本发明将四棱锥型复合材料框架结构应用于PFRP工字梁和条形板连接，能够有效利用新材料的结构和性能优势，促进新材料的使用和发展，且能够最大程度提高节点连接结构的刚度和强度。

3、本发明设计制作的四棱锥型PFRP型材框架可用作屋顶，池顶的骨架结构，并可与膜材料等组合形成封闭结构，适用于极端环境下结构的封闭加盖工程，具有良好的耐腐蚀性和结构承载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的四棱锥型复合材料框架结构的示意图；

图2附图为本发明提供的工字梁的结构示意图；

图3附图为本发明提供的条形板的结构示意图；

图4附图为本发明提供的五边形连接板的结构示意图；

图5附图为本发明提供的第一角钢的结构示意图；

图6附图为本发明提供的第二角钢的结构示意图；

图7附图为本发明提供的第三角钢的结构示意图。

其中：

1-工字梁；

11-第一连接孔；12-第三连接孔；

2-连接板组；

21-五边形连接板；；211-第二连接孔；

3-第一螺栓组；

4-第一角钢；

41-第四连接孔；

5-第二螺栓组；

6-条形板；

61-第五连接孔；62-第六连接孔；

7-第二角钢；

71-第七连接孔；72-第八连接孔；

8-第三螺栓组；

9-第三角钢；

91-第九连接孔；

10-第四螺栓组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1和附图2，本发明实施例公开了一种四棱锥型复合材料框架结构，包括：

工字梁1；工字梁1的数量为四根；工字梁1的两端形成有45°切口；四根工字梁1的端头顺次对接围合成矩形框架结构；每两根对接的工字梁1的翼缘板通过连接板组2和第一螺栓组3紧固连接；每两根对接的工字梁1的腹板通过第一角钢4和第二螺栓组5紧固连接；

条形板6；条形板6的数量为四根；四根条形板6的一端分别与四根工字梁1的四个连接节点对接，并通过多个第二角钢7、第三螺栓组8和第一螺栓组3紧固连接；四根条形板6的另一端通过多个第三角钢9和第四螺栓组10紧固连接；四根条形板6和矩形框架结构形成四棱锥型框架结构。

为了进一步优化上述技术方案，工字梁1、条形板6、第一角钢4、第二角钢7、第三角钢9、第一螺栓组3、第二螺栓组5、第三螺栓组8和第四螺栓组10均为PFRP材质。

为了进一步优化上述技术方案，连接板组2包括两块五边形连接板21；五边形连接板21相邻的三个内角均为90°；两块五边形连接板21贴合布置在两根工字梁1连接点的翼缘板外侧面上。

为了进一步优化上述技术方案，工字梁1端头的翼缘板上开设有多个第一连接孔11；五边形连接板21上开设有多个与第一连接孔11对应的第二连接孔211；第一螺栓组3连接第一连接孔11和第二连接孔211。

为了进一步优化上述技术方案，五边形连接板21为PFRP材质。

为了进一步优化上述技术方案，条形板6的两端分别开设有第五连接孔61和第六连接孔62；每根条形板6的端头两侧布置有两个第二角钢7；第二角钢7上开设有与第五连接孔61对应的第七连接孔71，第三螺栓组8连接第五连接孔61和第七连接孔71；第二角钢7上还开设有与第一连接孔11对应的第八连接孔72；第一螺栓组3连接第一连接孔11、第二连接孔211和第八连接孔72；第三角钢9的数量为四个，且分别贴合布置在每两个相邻的条形板6的端头之间；第三角钢9上开设有与第六连接孔62对应的第九连接孔91；第四螺栓组10连接第六连接孔62和第九连接孔91。

为了进一步优化上述技术方案，工字梁1的腹板上开设有第三连接孔12；第一角钢4的板体上开设有与第三连接孔12对应的第四连接孔41；第二螺栓组5连接第三连接孔12和第四连接孔41。

为了进一步优化上述技术方案，矩形框架结构为正方形。

本发明提供的四棱锥型复合材料框架结构的连接方法包括以下步骤：

S1、根据节点连接承载力的需求设计工字梁1和条形板6的使用参数，连接板组2、各角钢和各螺栓组的使用参数；

S2、在工字梁1的腹板和翼缘板上根据第一螺栓组3和第二螺栓组5的尺寸并结合装配误差开孔，在连接板组2上对应开孔；

S3、将工字梁1端部切出45°切口并两两拼接；

S4、将连接板组2分别贴合在工字梁1连接处的顶面和底面，并通过第一螺栓组3紧固连接，将第一角钢4贴合在工字梁1连接处的腹板，并通过第二螺栓组5紧固连接。

S5、在条形板6的端头两侧根据第三螺栓组8和第四螺栓组10的尺寸并结合装配误差开孔，在第二角钢7和第三角钢9上对应开孔；

S6、将条形板6一端以一定角度竖起并对齐，用第三角钢9贴合于条形板6端部并通过第四螺栓组10紧固连接，将条形板6另一端用一对第二角钢7固定在连接板组2上，通过第三螺栓组8紧固连接。

五边形连接板21尺寸根据节点连接承载力需求和工字梁1的边长尺寸设定。参数设定依据节点连接承载力需求可进行适应性变化调整，易于推广使用。

各螺栓组的尺寸、各螺栓组与工字梁1的距离、以及各螺栓组之间的距离根据节点连接承载力需求进行设定。参数设定依据节点连接承载力需求可进行适应性变化调整，易于推广使用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，包括：

工字梁(1)；所述工字梁(1)的数量为四根；所述工字梁(1)的两端形成有45°切口；四根所述工字梁(1)的端头顺次对接围合成矩形框架结构；每两根对接的所述工字梁(1)的翼缘板通过连接板组(2)和第一螺栓组(3)紧固连接；每两根对接的所述工字梁(1)的腹板通过第一角钢(4)和第二螺栓组(5)紧固连接；

条形板(6)；所述条形板(6)的数量为四根；四根所述条形板(6)的一端分别与四根所述工字梁(1)的四个连接节点对接，并通过多个第二角钢(7)、第三螺栓组(8)和所述第一螺栓组(3)紧固连接；四根所述条形板(6)的另一端通过多个第三角钢(9)和第四螺栓组(10)紧固连接；四根所述条形板(6)和所述矩形框架结构形成四棱锥型框架结构。

2.根据权利要求1所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述工字梁(1)、所述条形板(6)、所述第一角钢(4)、所述第二角钢(7)、所述第三角钢(9)、所述第一螺栓组(3)、所述第二螺栓组(5)、所述第三螺栓组(8)和所述第四螺栓组(10)均为PFRP材质。

3.根据权利要求1所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述连接板组(2)包括两块五边形连接板(21)；所述五边形连接板(21)相邻的三个内角均为90°；两块所述五边形连接板(21)贴合布置在两根所述工字梁(1)连接点的翼缘板外侧面上。

4.根据权利要求3所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述工字梁(1)端头的翼缘板上开设有多个第一连接孔(11)；所述五边形连接板(21)上开设有多个与所述第一连接孔(11)对应的第二连接孔(211)；所述第一螺栓组(3)连接所述第一连接孔(11)和第二连接孔(211)。

5.根据权利要求3或4所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述五边形连接板(21)为PFRP材质。

6.根据权利要求4所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述条形板(6)的两端分别开设有第五连接孔(61)和第六连接孔(62)；每根所述条形板(6)的端头两侧布置有两个所述第二角钢(7)；所述第二角钢(7)上开设有与所述第五连接孔(61)对应的第七连接孔(71)，所述第三螺栓组(8)连接所述第五连接孔(61)和所述第七连接孔(71)；所述第二角钢(7)上还开设有与所述第一连接孔(11)对应的第八连接孔(72)；所述第一螺栓组(3)连接所述第一连接孔(11)、所述第二连接孔(211)和所述第八连接孔(72)；所述第三角钢(9)的数量为四个，且分别贴合布置在每两个相邻的所述条形板(6)的端头之间；所述第三角钢(9)上开设有与所述第六连接孔(62)对应的第九连接孔(91)；所述第四螺栓组(10)连接所述第六连接孔(62)和所述第九连接孔(91)。

7.根据权利要求1所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述工字梁(1)的腹板上开设有第三连接孔(12)；所述第一角钢(4)的板体上开设有与所述第三连接孔(12)对应的第四连接孔(41)；所述第二螺栓组(5)连接所述第三连接孔(12)和第四连接孔(41)。

8.根据权利要求1-4和6-7中任一项所述的一种四棱锥型复合材料框架结构，其特征在于，所述矩形框架结构为正方形。

9.一种权利要求1-8中任一项所述的四棱锥型复合材料框架结构的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据节点连接承载力的需求设计工字梁(1)和条形板(6)的使用参数，连接板组(2)、各角钢和各螺栓组的使用参数；

S2、在工字梁(1)的腹板和翼缘板上根据第一螺栓组(3)和第二螺栓组(5)的尺寸并结合装配误差开孔，在连接板组(2)上对应开孔；

S3、将工字梁(1)端部切出45°切口并两两拼接；

S4、将连接板组(2)分别贴合在工字梁(1)连接处的顶面和底面，并通过第一螺栓组(3)紧固连接，将第一角钢(4)贴合在工字梁(1)连接处的腹板，并通过第二螺栓组(5)紧固连接。

S5、在条形板(6)的端头两侧根据第三螺栓组(8)和第四螺栓组(10)的尺寸并结合装配误差开孔，在第二角钢(7)和第三角钢(9)上对应开孔；

S6、将条形板(6)一端以一定角度竖起并对齐，用第三角钢(9)贴合于条形板(6)端部并通过第四螺栓组(10)紧固连接，将条形板(6)另一端用一对第二角钢(7)固定在连接板组(2)上，通过第三螺栓组(8)紧固连接。

10.一种利用权利要求9所述的四棱锥型复合材料框架结构的连接方法在PFRP工字梁连接中的应用。

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