一种高承载力整体成型复合材料接头及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高承载力整体成型复合材料接头，包括金属内芯、中间巴莎木芯层、外部缠绕层，接头的两端各设有一只金属内芯，同时两只金属内芯与中间巴莎木芯层之间通过胶粘结相连，所述的外部缠绕层设于金属内芯和中间巴莎木芯层装配后的表面，且外部缠绕层包括五种不同缠绕角度的CFRP预浸布。所述的制造方法包括如下步骤：组装接头内芯；缠绕CFRP预浸布；真空辅助工艺固化成型；反复缠绕预浸布和高温固化；机加工单双耳；打孔和加工螺纹。本发明专利技术提出的高承载力整体成型复合材料接头及制造方法，利用纵向纤维、层间粘结力和剪力承受拉力，剪力销和层间粘结力承受压力，其连接效率高、疲劳性能好，可以用于高承载力复合材料结构的连接。接。接。

【技术实现步骤摘要】
一种高承载力整体成型复合材料接头及制造方法


[0001]本专利技术涉及桥梁结构中杆件或者梁的连接技术，尤其是指一种高承载力整体成型复合材料接头及制造方法。

技术介绍

[0002]土木工程等桥梁结构需要快速克服江河、峡谷、沟渠等障碍，这对土木工程结构结构提出了更高的要求，桥梁结构需要重量轻、承载能力高、架设跨度大。
[0003]纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)具有高强、轻质、耐腐蚀和耐疲劳等优点，其强度约为钢拉杆的两倍，密度为钢材的1/5，在桥梁结构中具有广泛的应用前景。
[0004]传统的复合材料连接方式有螺栓连接、胶结、胶螺混合连接，基本可应用于复合材料构件的连接。螺栓连接方式的优点是连接工艺简单，连接可靠，应用广泛，但是需要在复合材料上开孔，极大削弱了构件的整体承载力，一般用于荷载等级较小的情况；胶结的优点是对构件没有削弱，但由于胶的强度不高，影响了连接接头的承载力，也应用荷载等级较低的情况；胶螺混合连接一定程度上可以提高接头的承载力，但是胶层与螺栓不能协同受力，承载时胶层先破坏，螺栓再受力，没有共同受力。因此传统的连接方式一定程度上限制了复合材料在土木工程和地形高要求桥梁中的应用。
[0005]在此基础上，国内外专家学者提出了预紧力齿连接方式和FRP筋挤压锚具等新型连接方式，通过金属件将拉挤型复合材料圆管连为一体，在一定程度上能够实现复合材料与金属的高承载连接，但是该连接方式主要针对复合材料拉挤型圆管，使用具有一定的局限，且结构的金属连接件较多，制造工艺较复杂。
[0006]复合材料结构的整体成型工艺通常有手糊成型、模压成型、真空辅助成型、热压罐成型和缠绕成型等方法。对于大尺寸、大厚度的复合材料制作，真空辅助成型是一种十分有效且成本低的成型方法，应用于土木工程制作大型复杂构件具有一定的优势。但是大型复杂构件缺乏可靠的高承载力连接方式，限制了复合材料在大型、复杂土木工程结构和桥梁结构的应用。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中连接方式承载力不高且制作工艺复杂的问题，从而提供一种高承载力整体成型复合材料接头及制造方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的一种高承载力整体成型复合材料接头，包括金属内芯、中间巴莎木芯层、外部缠绕层，接头的两端各设有一只金属内芯，同时两只金属内芯与中间巴莎木芯层之间通过胶粘结相连，所述的外部缠绕层设于金属内芯和中间巴莎木芯层装配后的表面，且外部缠绕层包括五种不同缠绕角度的CFRP预浸布，外部缠绕层缠绕后的外表面设有若干螺栓孔，且螺栓孔内装配高强螺栓，即外部缠绕层通过螺栓与金属内芯和中间巴莎木芯层之间相连。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述的金属内芯一端为叉状结构，且金属内芯另一端为耳板结构，同时两只金属内芯的耳板端分别为单双耳结构；其中金属内芯上加工不同形状的齿槽，齿槽内内铺设缠绕CFRP预浸布。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述的金属内芯和中间巴莎木芯层表面均铺设有一层纤维毡，所述的金属内芯通过工装和真空辅助工艺与中间巴莎木芯层之间同轴装配相连。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述的金属内芯根据现场作业要求可采用高强钢、铝合金、钛合金或玻璃纤维材料。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述的五种不同缠绕角度的CFRP预浸布分别是0/90
°
方格布的预浸布A、0
°
方向布的预浸布B、90
°
方向布的预浸布C、0
°
方向布的预浸布D、
±
45
°
预浸布E。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述的预浸布A在接头的截面位置环向缠绕一圈；预浸布B延着接头受力方向缠绕四圈；预浸布C在接头结构的截面部分环向缠绕一圈，对预浸布A、B进行环向约束；预浸布D在接头两端圆弧位置沿着受力方向缠绕一圈，与预浸布A、C搭接；预浸布E在接头两端金属内芯位置环向缠绕。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述的CFRP预浸布也可改为玻璃纤维、玄武岩纤维预浸布这类高强复合材料。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述的高强螺栓可替换为剪力销，同时在外部缠绕层缠绕后的外表面上加工剪力销孔，装配剪力销孔，剪力销孔与剪力销过盈配合装配。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述的中间巴萨木内芯还可替换为实木或者拉挤型材来承压，参与承受压缩荷载。
[0017]本专利技术还提供一种高承载力整体成型复合材料接头的制造方法，所述的制造方法通过权利要求1
‑
9中接头内芯部分与外部缠绕的CFRP通过螺栓与结构表面的粘结力共同受力，最终得到高承载力整体成型接头，包括如下步骤：
[0018]步骤S1：组装接头内芯；加工两端金属内芯、中间巴莎木内芯，将两端金属内芯、中间芯层通过胶粘结成一体，金属内芯与中间芯层粘结固定，通过工装调整接头内芯，使其平直，金属内芯、中间把杉木内芯的轴心在一条直线，在金属内芯和中间芯层表面铺一层纤维毡，固化后打磨表面，接头内线四边折角处打磨；
[0019]步骤S2：缠绕CFRP预浸布；设计的铺层在成型的接头内芯上分次缠绕CFRP预浸布，按照1层预浸布A，4层预浸布B，1层预浸布C的顺序缠绕CFRP预浸布，在接头两端圆弧位置沿受力方向搭接缠绕预浸布D接头两端金属内芯位置环向铺设1层预浸布E，对接头两端铺层加强；
[0020]步骤S3：真空辅助工艺固化成型；将缠绕好预浸布的接头平置于平板上，保持接头平整，按照真空吸附的工艺流程，铺设脱膜步、导流网、导流管和真空袋等，抽真空，进行真空吸附，进行高温加热固化，固化时间具体为：温度缓慢升温到80
°
，固化一小时后升温到100
°
，固化一小时后升温到130
°
，温度保持130
°
两小时，完全固化完后缓慢降温，固化成型后脱模得到首次固化的接头；
[0021]步骤S4：反复缠绕预浸布和高温固化；修剪打磨固化成型后的接头表面纤维，根据步骤S2和步骤S3程序继续缠绕CFRP预浸布，高温固化，得到固化成型后的接头；
[0022]步骤S5：机加工单双耳；根据设计文件要求尺寸采用专用的硬质合金刀具切割成
单双耳，按照至上而下顺序一次切割成型；
[0023]步骤S6：打孔和加工螺纹；在成型的CFRP接头两端金属内芯四周打孔，可根据设计要求可加工沉头螺栓、平头螺栓孔，在接头两端圆弧单双耳上加工螺栓孔，孔径D＝6mm，孔间距大于3D，加工时控制应力集中，防止损伤，打孔后在固化成型的CFRP和金属内芯内加工螺纹，可装配高强螺栓；
[0024]步骤S7：装配高强螺栓；在螺栓孔内装备高强螺栓，根据设计要求对高强螺栓施加一定大小的预紧力，承载时高强螺栓参与受力，同时对外部CFRP施加预紧力，提高CFRP与金属内芯表面的摩擦力和粘结力。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高承载力整体成型复合材料接头，其特征在于，包括金属内芯(1)、中间巴莎木芯层(2)、外部缠绕层(3)，接头的两端各设有一只金属内芯(1)，同时两只金属内芯(1)与中间巴莎木芯层(2)之间通过胶粘结相连，所述的外部缠绕层(3)设于金属内芯(1)和中间巴莎木芯层(2)装配后的表面，且外部缠绕层(3)包括五种不同缠绕角度的CFRP预浸布，外部缠绕层(3)缠绕后的外表面设有若干螺栓孔，且螺栓孔内装配高强螺栓(4)，即外部缠绕层(3)通过螺栓与金属内芯(1)和中间巴莎木芯层(2)之间相连。2.根据权利要求1所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的金属内芯(1)一端为叉状结构，且金属内芯(1)另一端为耳板结构，同时两只金属内芯(1)的耳板端分别为单双耳结构；其中金属内芯(1)上加工不同形状的齿槽，齿槽内内铺设缠绕CFRP预浸布。3.根据权利要求1所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的金属内芯(1)和中间巴莎木芯层(2)表面均铺设有一层纤维毡，所述的金属内芯(1)通过工装和真空辅助工艺与中间巴莎木芯层(2)之间同轴装配相连。4.根据权利要求1所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的金属内芯(1)根据现场作业要求可采用高强钢、铝合金、钛合金或玻璃纤维材料。5.根据权利要求1所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的五种不同缠绕角度的CFRP预浸布分别是0/90
°
方格布的预浸布A、0
°
方向布的预浸布B、90
°
方向布的预浸布C、0
°
方向布的预浸布D、
±
45
°
预浸布E。6.根据权利要求5所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的预浸布A在接头的截面位置环向缠绕一圈；预浸布B延着接头受力方向缠绕四圈；预浸布C在接头结构的截面部分环向缠绕一圈，对预浸布A、B进行环向约束；预浸布D在接头两端圆弧位置沿着受力方向缠绕一圈，与预浸布A、C搭接；预浸布E在接头两端金属内芯(1)位置环向缠绕。7.根据权利要求5所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的CFRP预浸布也可改为玻璃纤维、玄武岩纤维预浸布这类高强复合材料。8.根据权利要求1所述的简易型台车轴承更好装置的制造方法，其特征在于：所述的高强螺栓(4)可替换为剪力销，同时在外部缠绕层(3)缠绕后的外表面上加工剪力销孔，装配剪力销孔，剪力销孔与剪力销过盈配合装配。9.根据权利要求1所述的简易型...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐龙星，李宁，周自文，李林，熊建武，刘建成，李欢，张颖，梅之永，程营，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九八三部队，
类型：发明
国别省市：