CN207109547U - 桁架单元及桁架单元组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种桁架单元及桁架单元组件，涉及结构工程技术领域。桁架单元包括桁架单元主体、第一连接结构和第二连接结构；所述第一连接结构和第二连接结构分别安装在所述桁架单元主体的两侧；所述第一连接结构和第二连接结构包括多层金属片和多层纤维增强复合材料层，多层所述金属片和多层所述纤维增强复合材料层交替堆叠设置，且所述第一连接结构和第二连接结构的最外层均为金属片。本实用新型提供的桁架单元单元连接可靠承载力高，抗疲劳抗冲击性能好。
Description
技术领域
本实用新型涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种桁架单元及桁架单元组件。
背景技术
工程结构的关键在于其连接，有效的连接接头保证了整个结构的安全稳定。桁架单元用耳片接头是一种在结构工程中较为常见的主承力接头，具有结构形式简单、连接方便快捷的优点，在快速拼装结构如装配式公路钢桥，以及飞机结构中多有应用。
常见的拼装式桁架桥梁中所采用的耳片接头多采用钢材制成，虽然钢材耳片承载稳定，抗破损性能好，但是其重量过大，应用与发展受到一定的限制，且金属材料对疲劳裂纹特别敏感，对于需要承受循环荷载的接头部位来说，这种缺点严重影响着接头的使用寿命；纤维增强复合材料具有轻质高强、耐疲劳的特点，传统层压式纤维增强复合材料耳片接头层间性能差，特别是受到冲击后易产生分层损伤，加速了结构破坏。近些年来有学者(专利：CN 203698645 U)发明了工艺简单、成本较低的三维编制耳片接头，有效的改善了传统层压式纤维增强复合材料耳片接头层间性能差的弊端。但是纤维增强复合材料依然存在着抗破损性能差的缺点，且纤维增强复合材料的破坏多为突发性的脆性破坏，这对于一些桁架单元结构来说，是十分不利的。
鉴于此，研制一种承载力高、抗疲劳性能好、耐破损耐冲击的桁架单元用耳片接头，是桥梁工程乃至结构工程领域的一个重要的发展方向。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种桁架单元，很大程度上缓解了现有技术中的桁架单元无法同时兼具高强度、高承载力、抗疲劳性能以及耐破损耐冲击的特点的技术问题。
本实用新型提供的一种桁架单元，包括桁架单元主体、第一连接结构和第二连接结构；
所述第一连接结构和第二连接结构分别安装在所述桁架单元主体的两侧；
所述第一连接结构和第二连接结构包括多层金属片和多层纤维增强复合材料层，多层所述金属片和多层所述纤维增强复合材料层交替堆叠设置，且所述第一连接结构和第二连接结构的最外层均为金属片。
作为进一步的技术方案，所述第一连接结构采用第一单耳连接结构；
所述金属片包括钢片和铝片，所述钢片设置在所述第一单耳连接结构的最外层，所述铝片和所述纤维增强复合材料层交替设置在所述钢片的内部。
作为进一步的技术方案，所述第二连接结构采用双耳连接结构；
所述双耳连接结构包括两个第二单耳连接结构，两个所述第二单耳连接结构并排设置在桁架单元主体上。
作为进一步的技术方案，所述纤维增强复合材料层采用碳纤维增强复合材料层；
或，
所述纤维增强复合材料层包括碳纤维增强复合材料层、玻璃纤维增强复合材料层、芳纶纤维增强复合材料层和玄武岩纤维增强复合材料层，所述碳纤维增强复合材料层、玻璃纤维增强复合材料层、芳纶纤维增强复合材料层和玄武岩纤维增强复合材料层交叠设置。
作为进一步的技术方案，所述纤维增强复合材料层采用0°、45°或90°的纤维方向。
作为进一步的技术方案，所述第一连接结构和第二连接结构与所述桁架单元主体通过胶接、焊接、胶-螺混合或胶-铆混合的方式连接。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的一种桁架单元包括桁架单元主体、第一连接结构和第二连接结构；所述第一连接结构和第二连接结构分别安装在所述桁架单元主体的两侧；所述第一连接结构和第二连接结构包括多层金属片和多层纤维增强复合材料层，多层所述金属片和多层所述纤维增强复合材料层交替堆叠设置，且所述第一连接结构和第二连接结构的最外层均为金属片；
其中需要着重说明的是，本实用新型通过在桁架单元主体两侧设置第一连接结构和第二连接结构，第一连接结构和第二连接结构包括金属片和纤维增强复合材料层，将金属片设置在最外层，保护内部的纤维增强复合材料层，且与纤维增强复合材料层一起提供第一连接结构和第二连接结构工作时所需的刚度，提高耳抵抗变形的能力；
此外，本实用新型的第一连接结构和第二连接结构与纯金属耳片接头相比，纤维增强复合材料层的加入提升了第一连接结构和第二连接结构的强度与疲劳性能；与纯纤维增强复合材料耳片接头相比，金属片的加入增加了第一连接结构和第二连接结构抵抗破损的能力，并且使第一连接结构和第二连接结构具备了一定的延展性。
本实用新型的第二目的在于提供一种桁架单元组件，很大程度上缓解了现有技术中的桁架单元无法同时兼具高强度、高承载力、抗疲劳性能以及耐破损耐冲击的特点的技术问题。
本实用新型提供一种桁架单元组件，包括连接件和多个所述的桁架单元；
所述桁架单元主体的第一连接结构与其相邻的桁架单元主体的第二连接结构为配合设置，所述第一连接结构和第二连接结构上均设有通孔，所述连接件插入所述通孔中。
作为进一步的技术方案，所述通孔内部设有套筒，所述套筒与所述通孔内壁形成干涉配合。
作为进一步的技术方案，所述连接件为销轴。
作为进一步的技术方案，所述销轴能够插入所述套筒内，且所述销轴两端分别插入能够防止所述销轴移动的插销。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型的桁架单元组件包括连接件和多个所述的桁架单元；所述桁架单元主体的第一连接结构与其相邻的桁架单元主体的第二连接结构为配合设置，所述第一连接结构和第二连接结构上均设有通孔，所述连接件插入所述通孔中，因此，该桁架单元组件与上述桁架单元所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的桁架单元的整体结构示意图；
图2为基于图1的本实用新型实施例一提供的第二单耳连接结构堆叠的结构示意图；
图3为基于图1的本实用新型实施例一提供的第一单耳连接结构堆叠的结构示意图；
图4为基于图1-3的本实用新型实施例二提供的第一连接结构和第二连接结构配合的结构示意图；
图5为基于图4的本实用新型实施例二提供的连接件和通孔的结构示意图。
图标：100-桁架单元主体；200-第一连接结构；300-第二连接结构；400-通孔；401-套筒；500-连接件；600-插销；700-钢片；800-纤维铝合金叠合层。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
具体结构参照图1-图5：
图1为本实用新型实施例一提供的桁架单元的整体结构示意图；
图2为基于图1的本实用新型实施例一提供的第二单耳连接结构堆叠的结构示意图；
图3为基于图1的本实用新型实施例一提供的第一单耳连接结构堆叠的结构示意图；
图4为基于图1-3的本实用新型实施例二提供的第一连接结构和第二连接结构配合的结构示意图；
图5为基于图4的本实用新型实施例二提供的连接件和通孔的结构示意图。
实施例一
如图1-图3所示，本实施例提供的一种桁架单元包括桁架单元主体100、第一连接结构200和第二连接结构300；第一连接结构200和第二连接结构300分别安装在桁架单元主体100的两侧；第一连接结构200和第二连接结构300包括多层金属片和多层纤维增强复合材料层，多层金属片和多层纤维增强复合材料层交替堆叠设置，且第一连接结构200和第二连接结构300的最外层均为金属片；
其中需要着重说明的是，本实施例通过在桁架单元主体两侧设置第一连接结构200和第二连接结构300，第一连接结构200和第二连接结构300包括金属片和纤维增强复合材料层，将金属片设置在最外层，保护内部的纤维增强复合材料层，且与纤维增强复合材料层一起提供第一连接结构200和第二连接结构300工作时所需的刚度，提高接头抵抗变形的能力；第一连接结构200和第二连接结构300创新地将层间混杂复合材料的结构形式引入到构件结构中，通过金属片、纤维增强复合材料层交错堆叠的方式，使第一连接结构200和第二连接结构300获得良好的抗疲劳、抗破损能力以及很高的承载能力，同时由于采用金属片又不过多地增加第一连接结构200和第二连接结构300的自重，能够较好地满足大承载主承力接头的研制要求。
此外，本实施例的第一连接结构200和第二连接结构300与纯金属耳片接头相比，纤维增强复合材料层的加入提升了第一连接结构200和第二连接结构300的强度与疲劳性能；与纯纤维增强复合材料耳片接头相比，金属片的加入增加了第一连接结构200和第二连接结构300抵抗破损的能力，并且使接头第一连接结构200和第二连接结构300具备了一定的延展性。
具体地，下面针对本实施例提供的桁架单元的各个结构作详细地说明：
本实施例的可选方案中，第一连接结构200采用第一单耳连接结构；金属片包括钢片700和铝片，钢片700设置在单耳连接结构的最外层，铝片和纤维增强复合材料层交替设置在钢片700的内部，形成纤维铝合金叠合层800。其中，第一单耳连接结构包括位于最外侧的两层金属片(钢片700)，位于金属片(钢片700)内部的两层纤维铝合金叠合层800，该纤维铝合金叠合层800包括纤维增强复合材料层和铝片，纤维增强复合材料层与铝片的叠合方式，建议采用纤维增强复合材料层、铝片、纤维增强复合材料层、铝片和纤维增强复合材料层依次叠加的顺序。具体叠合方式还可根据实际应用情况进行设计。
本实施例的可选方案中，第二连接结构300采用双耳连接结构；双耳连接结构包括两个第二单耳连接结构，两个第二单耳连接结构并排设置在桁架单元主体100上，第二单耳连接结构的铝片和纤维增强复合材料层的叠加方式与第一单耳连接结构采用相同设置。
具体地，层间的性能对于叠层结构的性能至关重要。优选地，可以先在钢片700、铝片表面进行阳极氧化处理，或喷砂处理，然后涂上一层底胶，底胶性能(包括剪切和剥离性能)可以结合整个耳片的具体承载要求进行选择。最后将钢片700、铝片、纤维增强复合材料层按照预先设计好的堆叠次序依次叠放后，通过热压固化的方式成型。
本实施例的可选方案中，纤维增强复合材料层采用碳纤维增强复合材料层；或，纤维增强复合材料层包括碳纤维增强复合材料层、玻璃纤维增强复合材料层、芳纶纤维增强复合材料层和玄武岩纤维增强复合材料层，碳纤维增强复合材料层、玻璃纤维增强复合材料层、芳纶纤维增强复合材料层和玄武岩纤维增强复合材料层交叠设置。
本实施例的可选方案中，纤维增强复合材料层采用0°、45°或90°的纤维方向。
需要指出的是，所有的角度均是相对于第一连接结构200和第二连接结构300受力方向而言的，其中0°的纤维增强复合材料层能够提供提高第一连接结构200和第二连接结构300抗拉、抗压承载力，45°和90°的纤维增强复合材料层能够提供第一连接结构200和第二连接结构300端部所需的抗剪切承载力与横向力。本实施例可以采用0°、45°和90°三种纤维方向组合设置，各方向的纤维增强复合材料层的数量、叠层次序可以根据第一连接结构200和第二连接结构300实际承载需要进行优化设计。
本实施例的可选方案中，第一连接结构200和第二连接结构300与桁架单元主体通过胶接、焊接、胶-螺混合或胶-铆混合的方式连接。
实施例二
如图4和图5所示，在实施例一的基础上，本实施例提供的桁架单元组件包括连接件500和多个的桁架单元；桁架单元主体的第一连接结构200与其相邻的桁架单元主体的第二连接结构300为配合设置，第一连接结构200和第二连接结构300上均设有通孔400，连接件500插入通孔400中。
该桁架单元组件包括上述桁架单元，因此与上述桁架单元所具有的优势相同，在此不再赘述。
具体地，下面针对本实施例提供的桁架单元组件的各个结构作详细地说明：
本实施例的可选方案中，通孔400内部设有套筒401，套筒401与通孔400内壁形成干涉配合，抑制通孔400内壁分层并改善第一连接结构200和第二连接结构300的疲劳强度。
本实施例的可选方案中，连接件500为销轴。
本实施例的可选方案中，销轴能够插入套筒401内，且销轴两端分别插入能够防止销轴移动的插销600。
需要指出的是，该桁架单元组件还包括其他结构，但均已经作为现有技术公开过，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种桁架单元，其特征在于，包括桁架单元主体、第一连接结构和第二连接结构；
所述第一连接结构和第二连接结构分别安装在所述桁架单元主体的两侧；
所述第一连接结构和第二连接结构包括多层金属片和多层纤维增强复合材料层，多层所述金属片和多层所述纤维增强复合材料层交替堆叠设置，且所述第一连接结构和第二连接结构的最外层均为金属片。
2.根据权利要求1所述的桁架单元,其特征在于，所述第一连接结构采用第一单耳连接结构；
所述金属片包括钢片和铝片，所述钢片设置在所述第一单耳连接结构的最外层，所述铝片和所述纤维增强复合材料层交替设置在所述钢片的内部。
3.根据权利要求2所述的桁架单元,其特征在于，所述第二连接结构采用双耳连接结构；
所述双耳连接结构包括两个第二单耳连接结构，两个所述第二单耳连接结构并排设置在桁架单元主体上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的桁架单元,其特征在于，所述纤维增强复合材料层采用碳纤维增强复合材料层；
或，
所述纤维增强复合材料层包括碳纤维增强复合材料层、玻璃纤维增强复合材料层、芳纶纤维增强复合材料层和玄武岩纤维增强复合材料层，所述碳纤维增强复合材料层、玻璃纤维增强复合材料层、芳纶纤维增强复合材料层和玄武岩纤维增强复合材料层交叠设置。
5.根据权利要求1-3任一项所述的桁架单元,其特征在于，所述纤维增强复合材料层采用0°、45°或90°的纤维方向。
6.根据权利要求1所述的桁架单元,其特征在于，所述第一连接结构和第二连接结构与所述桁架单元主体通过胶接、焊接、胶-螺混合或胶-铆混合的方式连接。
7.一种桁架单元组件,其特征在于，包括连接件和多个权利要求1-6任一项所述的桁架单元；
所述桁架单元主体的第一连接结构与其相邻的桁架单元主体的第二连接结构为配合设置，所述第一连接结构和第二连接结构上均设有通孔，所述连接件插入所述通孔中。
8.根据权利要求7所述的桁架单元组件,其特征在于，所述通孔内部设有套筒，所述套筒与所述通孔内壁形成干涉配合。
9.根据权利要求8所述的桁架单元组件,其特征在于，所述连接件为销轴。
10.根据权利要求9所述的桁架单元组件,其特征在于，所述销轴能够插入所述套筒内，且所述销轴两端分别插入能够防止所述销轴移动的插销。
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| CN201720960860.9U CN207109547U (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 桁架单元及桁架单元组件 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111962347A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-11-20 | 武汉理工大学 | 一种uhpc桁架式光伏公路系统 |
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2017
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| CN111962347A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-11-20 | 武汉理工大学 | 一种uhpc桁架式光伏公路系统 |
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