專利名稱：樹脂基復合材料管與金屬材料連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹脂基復合材料的連接技術(shù)，特別涉及樹脂基復合材料管連接方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明之前，復合材料具有重量輕、強度高、耐腐蝕性能等優(yōu)點，樹脂基復合材料在土木工程中被大量使用。復合材料傳統(tǒng)連接方式有膠結(jié)、螺栓連接與膠螺混合連接 等。傳統(tǒng)的螺栓連接形式比較簡單，基本上可以應(yīng)用于各種復合材料構(gòu)件的連接。但復合 材料構(gòu)件在進行螺栓連接時，由于需要在材料上開孔，因而極大地削弱了結(jié)構(gòu)整體的承載 力，往往造成構(gòu)件未壞而連接處先壞，所以這種連接形式一般應(yīng)用于荷載等級較小的情況； 膠接連接方式是不可拆卸的，雖然該連接方式對構(gòu)件沒有任何削弱，但由于膠本身剪切強 度較低，從而影響了連接構(gòu)件的極限承載力；膠螺混合連接，與一般的膠接一樣由于膠層的 厚度較薄，導致膠層與螺栓不能一致變形，最后在承受荷載時往往是膠層剪切破壞，螺栓再 受力，沒有共同作用。因此傳統(tǒng)的連接方式限制了復合材料在土木工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，研制、提供一種樹脂基復合材料管與金屬材 料連接方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是樹脂基復合材料管與金屬材料連接方法，其主要技術(shù)步驟在于(1)在樹脂基復合材料管連接處外表面制備螺紋，與金屬套筒內(nèi)壁的螺紋匹配；(2)在樹脂基復合材料管連接處內(nèi)部插入外徑與復合材料內(nèi)徑相同的金屬套。本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于1.與傳統(tǒng)連接方式最大的不同是，金屬套筒與復合材料管的連接時不僅通過螺紋 連接，而且通過環(huán)向高強螺栓與過盈配合等方法對復合材料管施加徑向壓力，提高連接處 的極限承載力。2.由于復合材料剛度較低為施加的較大徑向壓力，在復合材料管連接處插入外徑 與復合材料內(nèi)徑相同的金屬套。3.該連接方式較傳統(tǒng)的螺紋連接而言，不僅通過螺齒的抗剪傳遞荷載，而且由于 徑向壓力的存在，螺紋接觸面的摩擦也參與荷載傳遞，同時由于拉擠成型的順纖維復合材 料抗剪切強度(樹脂一般在60MPa左右)明顯高于普通膠層抗剪切強度(一般低于20MPa)， 且在徑向壓力作用下抗剪切強度將進一步提高，因而整個接頭可以提供較大的承載力，項 目組前期驗證性實驗已經(jīng)證明對于外直徑76mm，管厚5mm復合材料管，接頭部分可以提供 80t以上的承載能力。接頭破壞時，構(gòu)件應(yīng)力達到700MPa，而承載力較高的RTM工藝成孔的 螺栓連接，在接頭破壞處構(gòu)件應(yīng)力最高才達到300MPa。從而可見該連接形式比現(xiàn)有的復合 材料連接形式可以更好的發(fā)揮復合材料強度。同時由于該連接形式是靠螺齒的抗剪與界面摩擦力共同傳力，因而具有不易老化、疲勞性能好、適用截面形式多等優(yōu)點?，F(xiàn)有技術(shù)的螺 栓連接、膠接與本發(fā)明相比，其連接性能明顯存在差距，如圖1所示。4.利用該連接形式不僅可以進行復合材料構(gòu)件的單向接長、多向連接外，而且由 于可以直接在接頭外金屬套筒上進行焊接、切削等常規(guī)操作，因而可方便地制作成復合材 料桁架單元之間的單雙耳接頭、復合材料空間桁架的球形接頭、復合材料筋與索的錨具等， 可以廣泛應(yīng)用于桁架橋、空間網(wǎng)架與預應(yīng)力橋梁等。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和效果將在下面繼續(xù)說明。


圖1——各種連接方式性能對比示意圖。圖2——本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3——圖2的左視圖。圖4——本發(fā)明通過環(huán)向高強螺栓對復合材料管施加預緊力示意圖之一。圖5——本發(fā)明通過環(huán)向高強螺栓對復合材料管施加預緊力示意圖之二。圖6——本發(fā)明通過過盈配合對復合材料管施加預緊力示意圖。
具體實施例方式實施例1 如圖2、圖3、圖4和圖5所示首先在復合材料管1連接處內(nèi)部設(shè)置外徑與復合材料管1內(nèi)徑相同、剛度較大的 金屬管3，以提高復合材料管1的剛度；然后分別在復合材料管1外表面以及金屬套筒2內(nèi) 表面加工相互相匹配的螺紋4，最后將金屬套筒2與復合材料管1進行連接時，將金屬套筒 2分成幾份與復合材料管1進行螺紋連接，本例中用三個環(huán)向高強螺栓5、按照120度分布， 將金屬套筒2連接成整體，通過緊固螺栓上向復合材料管1施加預緊力，以提高其承載力。 金屬材料包括金屬管3、金屬套筒2。實施例2 如圖2、圖3和圖6所示與實施例1唯一的不同復合材料管1和金屬套筒2是通過過盈配合對復合材料 管1的連接處施加預緊力，而非通過環(huán)向高強螺栓，Rl為過盈配合前金屬套筒2的半徑，R2 為過盈配合后金屬套筒2的半徑。復合材料管1也包括復合材料桿。
權(quán)利要求
樹脂基復合材料管與金屬材料連接方法，其步驟在于(1)在樹脂基復合材料管連接處外表面制備螺紋，與金屬套筒內(nèi)壁的螺紋匹配；(2)在樹脂基復合材料管連接處內(nèi)部插入外徑與復合材料內(nèi)徑相同的金屬套。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復合材料管與金屬材料連接方法，其特征在于在沿金屬套筒外側(cè)按照120度均勻的分布三個環(huán)向高強螺栓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復合材料管與金屬材料連接方法，其特征在于金屬套筒與復合材料管通過過盈配合螺紋連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種樹脂基復合材料管連接方法。本發(fā)明技術(shù)方案是在樹脂基復合材料管連接處外表面制備螺紋，與金屬套筒內(nèi)壁的螺紋匹配，在樹脂基復合材料管連接處內(nèi)部插入外徑與復合材料內(nèi)徑相同的金屬套。本發(fā)明解決了復合材料傳統(tǒng)連接方式膠結(jié)、螺栓連接與膠螺混合連接等各自存在的缺陷。本發(fā)明金屬套筒與復合材料管通過螺紋連接，通過環(huán)向高強螺栓或過盈配合方法對復合材料管施加徑向壓力，提高連接處的極限承載力，構(gòu)件應(yīng)力達到700MPa，螺齒的抗剪與界面摩擦力共同傳力，不易老化、抗疲勞性能好、適用截面形式多，可制作復合材料桁架單元之間的單雙耳接頭、復合材料空間桁架的球形接頭、復合材料筋與索的錨具等應(yīng)用于桁架橋、空間網(wǎng)架與預應(yīng)力橋梁。
文檔編號F16L47/24GK101799095SQ201010145509
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者李飛, 翟可為, 趙啟林, 陳浩森, 陳立, 馬毓 申請人:趙啟林