CN203440918U - 一种复合材料网架连接节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合材料网架连接节点，包括复合材料方管接头，复合材料圆管接头和螺栓球，复合材料方管接头和复合材料圆管接头均通过高强螺栓与螺栓球连接。本实用新型的复合材料网架连接节点涵盖了网架结构中最常用的圆管及方管两种闭合截面型材的可靠连接，节点连接形式全面，基本解决了复合材料闭合截面型材在网架结构应用中的节点连接问题；钢刺与胶结复合连接方式可以为结构提供所需的节点强度，有效发挥复合材料高强度的优点；芳纶纤维布的缠绕既增加了节点的整体性能，进一步提高了节点的强度，又减少了节点区防腐面积；接头制作在工厂完成，制作精度由工厂保证，现场装配快捷，拼装费用低，工期短；过程中无预应力的施加，无须担心复合材料徐变引起的承载力下降问题。

Description

一种复合材料网架连接节点

技术领域

本实用新型属于土木建筑技术领域，涉及一种复合材料网架连接节点。

背景技术

随着我国经济实力的增强以及人口的城市化进程加快，人们对大跨度空间结构的需求越来越多，要求也在不断提高。众所周知，特定建筑材料建造一定结构形式的建筑物，其跨度存在着一个极限。目前的大跨度建筑多采用钢材，在已建成的建筑中最大跨度可达到200多米，要突破这一跨度极限，使用高强、轻质的纤维增强复合材料，并合理选择网架结构形式是一种可行的途径。纤维增强复合材料具有比强度高、比模量大、性能易于设计、易加工成型、抗腐蚀、耐疲劳等多种优越性能，其应用领域也再从航空航天、国防进入土木建筑领域。

土木建筑领域所用复合材料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。目前，该领域复合材料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，土木建筑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复合材料型材板面较厚，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。

而复合材料在网架领域的应用较少，主要瓶颈问题没有找到合适的节点连接方法。复合材料由于刚度较小，在网架领域多采用闭合截面，如复合材料圆管截面，复合材料方管截面。目前，该领域复合材料型材的传统连接节点如胶结连接、机械连接及二者的混合连接的接头效率不足30%，远不能发挥复合材料高强度的优点。最近出现了一些新型的复合材料圆管连接节点，其原理主要通过对接头施加预紧力来提高承载力，而复合材料在高应力持续作用下的徐变非常严重，随着徐变的进行，预紧力会逐渐下降，承载力也就无法保证。还有一些新型节点通过在复合材料接头处钻取螺纹，然后通过螺纹进行连接，该形式在一定程度上提高了承载力，但在复合材料管接头处钻取螺纹，工艺较繁，且对复合材料管截面有削弱，此外，该形式也只适用于复合材料圆形管材，而对复合材料方形管材却不适用。

因此，需要一种复合材料网架连接节点以解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是针对现有技术中复合材料网架连接节点的缺陷，提供一种连接强度高、性能可靠的复合材料网架连接节点。

技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型的复合材料网架连接节点可采用如下技术方案：

一种复合材料网架连接节点，包括复合材料方管接头，复合材料圆管接头和螺栓球，所述复合材料方管接头和复合材料圆管接头均通过高强螺栓与螺栓球连接，所述复合材料方管接头包括高强螺栓、环氧树脂胶层、芳纶纤维布、四块刺板、复合材料方管和封板，所述刺板的一侧带第一钢刺，所述刺板的一端设置有法兰，四块所述刺板分别设置在所述复合材料方管的四周，所述刺板的带刺面朝向所述复合材料方管，所述刺板的法兰均设置在所述复合材料方管与所述螺栓球的连接端，所述刺板和所述复合材料方管之间均设置有所述环氧树脂胶层，所述刺板的第一钢刺插入所述复合材料方管，所述刺板的另一侧包裹有所述芳纶纤维布，所述芳纶纤维布浸渍了环氧树脂胶，所述刺板的法兰固定连接所述封板，所述封板上设置有第一螺栓孔，所述高强螺栓的一端固定连接所述螺栓球，所述高强螺栓的另一端通过所述第一螺栓孔固定连接所述封板；所述复合材料圆管接头包括高强螺栓、环氧树脂胶层、芳纶纤维布、复合材料圆管、连接圆桶和第二钢刺，所述连接圆桶的底部设置有第二螺栓孔，所述连接圆桶的侧壁设置有第一通孔，所述复合材料圆管通过所述连接圆桶的开口伸入所述连接圆桶，所述复合材料圆筒和所述连接圆桶之间设置有所述环氧树脂胶层，所述第二钢刺通过所述第一通孔插入所述复合材料圆管，所述连接圆桶的外侧包裹有所述芳纶纤维布，所述芳纶纤维布浸渍了环氧树脂胶，所述高强螺栓的一端固定连接所述螺栓球，所述高强螺栓的另一端通过所述第二螺栓孔固定连接所述连接圆桶。

更进一步的，所述刺板的带刺面均匀分布有第一钢刺，所述第一钢刺的横截面为圆形，所述第一钢刺的间距为4~10mm、长度为3~5mm、根部直径为1~3mm。

更进一步的，所述连接圆桶的侧壁均匀分布有第一通孔，所述第一通孔的间距为4~10mm、直径为1~3mm。

更进一步的，还包括套筒，所述套筒套在所述高强螺栓上。

更进一步的，还包括销子，所述高强螺栓的侧面设置有凹槽，所述套筒上设置有第二通孔，所述销子通过所述第二通孔伸入所述凹槽。

更进一步的，所述螺栓球上设置有多个螺栓孔。

有益效果：本实用新型的复合材料网架连接节点具有以下优点：

1、涵盖了网架结构中最常用的圆管及方管两种闭合截面型材的可靠连接，节点连接形式全面，基本解决了复合材料闭合截面型材在网架结构中应用的节点连接问题。

2、通过钢刺刺入复合材料管材，实现了钢刺与胶结复合连接，该复合连接方式可以为结构提供所需的节点强度，有效发挥复合材料高强度的优点。

3、芳纶纤维布将离散的带法兰刺板紧紧握裹在一起，提高了结构的整体性，防止刺板受力时钢刺被拔出，进一步提高了节点的强度，也减少了刺板与外界直接接触面积，降低了刺板的防腐成本；芳纶纤维布防止连接圆桶受力时钢刺被拔出，进一步提高连接节点的强度，也减少了连接圆桶与外界直接接触面积，降低了连接圆桶的防腐成本；

4、接头制作在工厂完成，制作过程对复合材料截面无削弱，制作精度由工厂保证，现场装配快捷，拼装费用低，工期短。

5、过程中无预紧力的施加，无须担心复合材料徐变引起的承载力下降问题；

6、封板的存在将离散的刺板的法兰连接成为一个整体，防止节点受力时各法兰不能共同受力而逐个破坏的隐患，进一步保证了结构的整体性能。 

附图说明

图1为本实用新型的复合材料网架连接节点整体连接结构示意图；

图2为本实用新型的复合材料方管接头剖视图；

图3为本实用新型的复合材料方管接头的A-A剖视图；

图4为本实用新型的复合材料圆管接头剖视图；

图5为本实用新型的复合材料圆管接头的B-B剖视图；

图6为复合材料方管接头的封板的立体图；

图7为高强螺栓的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型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。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型的复合材料网架连接节点，包括复合材料方管接头1，复合材料圆管接头2和一个螺栓球3，复合材料方管接头1和复合材料圆管接头2均通过高强螺栓4与螺栓球3连接。 

其中，复合材料方管接头1包括高强螺栓4、环氧树脂胶层7、芳纶纤维布8、四块刺板9、复合材料方管11和封板15，刺板9的一侧带第一钢刺。刺板9的带刺面均匀分布有第一钢刺，第一钢刺的横截面为圆形，第一钢刺的间距为4~10mm、长度为3~5mm、根部直径为1~3mm。刺板9的一端设置有法兰，法兰上设置有螺栓孔。四块刺板9分别设置在复合材料方管11的四周，刺板9的带刺面朝向复合材料方管11，刺板9的法兰均设置在复合材料方管11的连接端。刺板9和复合材料方管11之间均设置有环氧树脂胶层7，刺板9的第一钢刺插入复合材料方管11，刺板9的另一侧包裹有芳纶纤维布8，芳纶纤维布8浸渍了环氧树脂胶，刺板9的法兰固定连接封板15，封板15上设置有第一螺栓孔。具体的，封板15四周设置有与法兰相连的第三螺栓孔，中部设置有与高强螺栓4相连的第一螺栓孔。高强螺栓4的一端固定连接螺栓球3，高强螺栓4的另一端通过封板15的第一螺栓孔固定连接封板15。封板的存在将离散的钢质法兰盘连接成为一个整体，防止节点受力时各法兰盘不能共同受力而逐个破坏的隐患，进一步保证了结构的整体性能。芳纶纤维布将离散的带法兰的刺板紧紧握裹在一起，提高了结构的整体性，防止刺板受力时钢刺被拔出，进一步提高了节点的强度，也减少了钢质刺板与外界直接接触面积，降低了刺板的防腐成本。接头制作在工程完成，制作过程对复合材料截面无削弱，制作精度由工厂保证，现场装配快捷，拼装费用低，工期短。过程中无预紧力的施加，无须担心复合材料徐变引起的承载力下降问题。

其中，复合材料圆管接头2包括高强螺栓4、环氧树脂胶层7、芳纶纤维布8、复合材料圆管12、连接圆桶13和第二钢刺。连接圆桶13的底部设置有第二螺栓孔，连接圆桶13的侧壁设置有第一通孔。优选的，连接圆桶13的侧壁均匀分布有第一通孔，第一通孔的间距为4~10mm、直径为1~3mm。复合材料圆管12通过连接圆桶13的开口伸入连接圆桶13，复合材料圆筒12和连接圆桶13之间设置有环氧树脂胶层7。钢刺通过通孔插入复合材料圆管12。连接圆桶13的外侧包裹有芳纶纤维布8，芳纶纤维布8浸渍了环氧树脂胶。高强螺栓4的一端固定连接螺栓球3，高强螺栓4的另一端通过连接圆桶13底部的第二螺栓孔固定连接连接圆桶13。通过钢刺刺入复合材料圆管，实现了钢刺与胶结复合连接，该复合连接方式可以为结构提供所需的节点强度，有效发挥复合材料高强度的优点。芳纶纤维布防止连接圆桶受力时钢刺被拔出，进一步提高连接节点的强度，也减少了连接圆桶与外界直接接触面积，降低了连接圆桶的防腐成本。接头制作在工程完成，制作过程对复合材料截面无削弱，制作精度由工厂保证，现场装配快捷，拼装费用低，工期短。过程中无预紧力的施加，无须担心复合材料徐变引起的承载力下降问题。

请参阅图7所示，其中，还包括套筒5，套筒5套在高强螺栓4上。还包括销子6，高强螺栓4侧面设置有凹槽，套筒5上设置有第二通孔，销子6通过第二通孔伸入凹槽。复合材料方管接头1与复合材料圆管接头2均通过高强螺栓4与螺栓球3连接，安装时，将高强螺栓4初步拧入螺栓球3后，即用扳手扳动套筒5（套筒5通过装在上面的销子6插入高强螺栓4杆中部设置的凹槽中），套筒5旋转时，通过销子6带动高强螺栓4旋转向螺栓球3拧紧，由于高强螺栓4的移动，使固定在套筒5上的销子6也逐渐向对向凹槽后端移动，直达高强螺栓4的凹槽后端处为止，此凹槽的作用是使节点不易产生松动。

螺栓球3上设置有多个螺栓孔。可以连接多个连接接头。

一种复合材料网架连接方法，包括以下步骤：

1）、制作复合材料方管接头1与复合材料圆管接头2；

2）、制作螺栓球3节点；

3）、将已制作完成的复合材料方管接头1与复合材料圆管接头2的高强螺栓4拧入螺栓球3，达到预定位置，完成接头安装。

实施例1

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示：

首先，将带法兰的刺板9带刺表面涂上环氧树脂胶后，置于加压设备下，用加压设备将刺板9的第一钢刺压入复合材料方管11的外表面；重复上述过程，逐件完成剩余三件带法兰刺板9第一钢刺的压入，用浸渍了环氧树脂胶7的芳纶纤维布8缠绕在离散的刺板9外表面，将离散的带法兰刺板9绑扎成为一个整体；让高强螺栓4的一端连接封板15上的中部的第一螺栓孔，再在伸出的螺栓杆上安装好套筒5与销子6，接着用转接用高强螺栓10将四块离散的法兰与封板15相连，完成复合材料方管接头1的制作。

其次，把高强螺栓4通过连接圆桶13底部的第二螺栓孔，再在伸出的螺栓杆上安装好套筒5与销子6，接着将复合材料圆管12接头区涂上环氧树脂胶之后插入连接圆桶13，用锤子将钢刺通过连接圆桶13侧壁上的第一通孔逐个敲入复合材料圆管12中，用浸渍了环氧树脂胶的芳纶纤维布8缠绕在连接圆桶13的外侧，再用环氧树脂胶填充孔洞与复合材料圆管12之间的空隙，完成复合材料圆管接头2的制作。

待环氧树脂胶固化之后，将复合材料方管接头1与复合材料圆管接头2运至施工安装现场进行连接，复合材料方管接头1与复合材料圆管接头2均通过高强螺栓4与螺栓球3连接，安装时，将高强螺栓4初步拧入螺栓球3后，即用扳手扳动套筒5（套筒5通过装在上面的销子6插入高强螺栓4杆中部设置的槽中），套筒5旋转时，通过销子6带动高强螺栓4旋转向螺栓球3拧紧，由于高强螺栓4的移动，使固定在套筒5上的销子6也逐渐向对向槽后移动，直达高强螺栓4的深槽处为止，此深槽的作用是使节点不易产生松动。

本实用新型的复合材料网架连接节点具有以下优点：

1、涵盖了网架结构中最常用的圆管及方管两种闭合截面型材的可靠连接，节点连接形式全面，基本解决了复合材料闭合截面型材在网架结构中应用的节点连接问题。

2、通过钢刺刺入复合材料管材，实现了钢刺与胶结复合连接，该复合连接方式可以为结构提供所需的节点强度，有效发挥复合材料高强度的优点；

3、芳纶纤维布将离散的带法兰刺板紧紧握裹在一起，提高了结构的整体性，防止刺板受力时钢刺被拔出，进一步提高了节点的强度，也减少了刺板与外界直接接触面积，降低了刺板的防腐成本；芳纶纤维布防止连接圆桶受力时钢刺被拔出，进一步提高连接节点的强度，也减少了连接圆桶与外界直接接触面积，降低了连接圆桶的防腐成本；

4、接头制作在工厂完成，制作过程对复合材料截面无削弱，制作精度由工厂保证，现场装配快捷，拼装费用低，工期短；

5、过程中无预紧力的施加，无须担心复合材料徐变引起的承载力下降问题；

6、封板的存在将离散的刺板的法兰连接成为一个整体，防止节点受力时各法兰不能共同受力而逐个破坏的隐患，进一步保证了结构的整体性能。

Claims (6)

1.一种复合材料网架连接节点，其特征在于，包括复合材料方管接头（1），复合材料圆管接头（2）和螺栓球（3），所述复合材料方管接头（1）和复合材料圆管接头（2）均通过高强螺栓（4）与螺栓球（3）连接，所述复合材料方管接头（1）包括高强螺栓（4）、环氧树脂胶层（7）、芳纶纤维布（8）、四块刺板（9）、复合材料方管（11）和封板（15），所述刺板（9）的一侧带第一钢刺，所述刺板（9）的一端设置有法兰，四块所述刺板（9）分别设置在所述复合材料方管（11）的四周，所述刺板（9）的带刺面朝向所述复合材料方管（11），所述刺板（9）的法兰均设置在所述复合材料方管（11）与所述螺栓球（3）的连接端，所述刺板（9）和所述复合材料方管（11）之间均设置有所述环氧树脂胶层（7），所述刺板（9）的第一钢刺插入所述复合材料方管（11），所述刺板（9）的另一侧包裹有所述芳纶纤维布（8），所述芳纶纤维布（8）浸渍了环氧树脂胶，所述刺板（9）的法兰固定连接所述封板（15），所述封板（15）上设置有第一螺栓孔，所述高强螺栓（4）的一端固定连接所述螺栓球（3），所述高强螺栓（4）的另一端通过所述第一螺栓孔固定连接所述封板（15）；所述复合材料圆管接头（2）包括高强螺栓（4）、环氧树脂胶层（7）、芳纶纤维布（8）、复合材料圆管（12）、连接圆桶（13）和第二钢刺（14），所述连接圆桶（13）的底部设置有第二螺栓孔，所述连接圆桶（13）的侧壁设置有第一通孔，所述复合材料圆管（12）通过所述连接圆桶（13）的开口伸入所述连接圆桶（13），所述复合材料圆筒（12）和所述连接圆桶（13）之间设置有所述环氧树脂胶层（7），所述第二钢刺（14）通过所述第一通孔插入所述复合材料圆管（12），所述连接圆桶（13）的外侧包裹有所述芳纶纤维布（8），所述芳纶纤维布（8）浸渍了环氧树脂胶，所述高强螺栓（4）的一端固定连接所述螺栓球（3），所述高强螺栓（4）的另一端通过所述第二螺栓孔固定连接所述连接圆桶（13）。

2.如权利要求1所述的复合材料网架连接节点，其特征在于，所述刺板（9）的带刺面均匀分布有第一钢刺，所述第一钢刺的横截面为圆形，所述第一钢刺的间距为4~10mm、长度为3~5mm、根部直径为1~3mm。

3.如权利要求1所述的复合材料网架连接节点，其特征在于，所述连接圆桶（13）的侧壁均匀分布有第一通孔，所述第一通孔的间距为4~10mm、直径为1~3mm。

4.如权利要求1所述的复合材料网架连接节点，其特征在于，还包括套筒（5），所述套筒（5）套在所述高强螺栓（4）上。

5.如权利要求4所述的复合材料网架连接节点，其特征在于，还包括销子（6），所述高强螺栓（4）的侧面设置有凹槽，所述套筒（5）上设置有第二通孔，所述销子（6）通过所述第二通孔伸入所述凹槽。

6.如权利要求1所述的复合材料网架连接节点，其特征在于，所述螺栓球（3）上设置有多个螺栓孔。

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