專利名稱：Frp型材刺板膠結復合連接接頭及方法
技術領域：
本發明屬于土建交通技術領域，涉及一種FRP型材刺板膠結復合連接接頭及方法。
背景技術：
土建交通用FRP型材是以環氧樹脂為基體，以無捻纖維為增強材料，同時添加特殊要求助劑，經拉擠成型工藝制成的不同規格型材，其具有比強度、比剛度高，耐腐蝕、耐疲勞性能好及可設計性等特點。在土建交通領域，FRP型材的應用起步較晚。目前，該領域FRP型材的連接基本沿用了航空領域復合材料的節點連接方式膠結連接、機械連接及二者的混合連接。航空領域所用型材為層鋪型材，層鋪型材可根據具體受力將纖維多方向鋪設，以實現最有利受力的連接。然而，土建交通領域所用型材主要是拉擠型材，拉擠型材纖維方向主要沿型材長度方向，該種型材螺栓連接方式的接頭效率低于30%，型材受螺栓擠壓后多發生型材的剪脫破壞。另一方面，由于土建交通領域的FRP型材板面較厚，若采用膠結連接方式，為保證足夠的接頭效率，所需的搭接長度較大，而且更多的情況下由于構造問題不能實現足夠的搭接長度。由于不能實現兩種連接方式的共同受力，膠結與機械混合連接接頭的接頭效率并不能得到有效提聞。綜上，目前土建交通領域FRP型材應用的節點連接存在接頭效率低、質量無法保證等缺點，遠不能滿足工程需要，這也成為了 FRP型材在土建交通領域應用的瓶頸。因此，需要一種新的FRP型材連接接頭以解決上述問題。
發明內容
發明目的本發明針對現有技術中FRP型材連接接頭的缺陷，提供一種連接強度高的FRP型材刺板膠結復合連接接頭。技術方案為解決上述技術問題，本發明的FRP型材刺板膠結復合連接接頭采用如下技術方案
一種FRP型材刺板膠結復合連接接頭，所述連接接頭包括兩塊刺板，兩塊所述刺板分別位于所述FRP型材的接頭連接區的兩面，兩塊所述刺板的帶刺面均朝向所述FRP型材，兩塊所述刺板和所述FRP型材之間均設置有環氧樹脂浸潰膠層，兩塊所述刺板的刺均插入所述FRP型材，兩塊所述刺板之間通過螺栓連接。更進一步的，所述螺栓設置在所述刺板的兩側或中部。更進一步的,所述環氧樹脂浸潰膠層的厚度為O. 5mm±0. 1mm。更進一步的，所述FRP型材的接頭連接區設置有凹部。其中，凹部通過將FRP型材的接頭連接區的防滑涂層打磨掉形成。更進一步的，所述刺板的一側板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為8 12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為f 3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為l 3mm、正方形底邊的邊長為l 3mm。本發明還公開了一種FRP型材刺板膠結復合連接方法。一種FRP型材刺板膠結復合連接方法，包括以下步驟
1)、在FRP型材的接頭連接區涂上環氧樹脂浸潰膠層；
2)、將兩塊刺板分別放置在FRP型材的接頭連接區的兩面，兩塊所述刺板的帶刺面均朝向所述FRP型材，用壓力機將所述刺板的刺壓入所述FRP型材中，待所述刺板的板面與所述環氧樹脂浸潰膠層接觸，膠溢出，停止加壓；
3 )、通過螺栓連接兩塊所述刺板。更進一步的,所述環氧樹脂浸潰膠層的厚度為O. 5_±0. 1_。更進一步的，步驟I)中，首先將FRP型材的接頭連接區的防滑涂層打磨掉，然后在所述FRP型材的接頭連接區涂上環氧樹脂浸潰膠層。更進一步的，所述刺板的一側板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為8 12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為f 3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為l 3mm、正方形底邊的邊長為l 3mm。更進一步的，所述螺栓設置在所述刺板的兩側或中部。有益效果與現有技術方法相比，本發明的FRP型材刺板膠結復合連接接頭及方法有益效果是1、刺板與FRP型材的連接成功地將刺引入到膠層抗剪界面，大大提高了膠層界面的抗剪強度，實現了膠結與刺板連接的共同受力，具有強度高、延性好、接頭效率高等優點；請參閱圖8所示，項目組前期驗證性試驗已經證明，采用20cm長的刺板，板面分布圓鋼刺的間距為10mm、長度為3mm、直徑為2mm,對厚度10mm、寬度85mm的型材板,本發明新型節點接頭部分可以提供21t的承載力，接頭效率達61%，而同等連接長度的螺栓連接僅提供6t的承載力，膠結連接提供6. 5t的承載力，傳遞效率不足16%。2、本發明的連接接頭施工簡單、快捷、方便、可靠，利用該連接方法可以進行FRP型材的單向接長、多向連接，也可以對刺板進行外接設計處理，以適合螺栓連接、焊接等操作，因而可以將該接頭運用到復合材料桁架、網架、橋梁等結構中。
圖1為本發明的FRP型材刺板膠結復合連接接頭的結構示意 圖2為刺板外側設置螺栓連接的主視 圖3為刺板外側設置螺栓連接的俯視 圖4為刺板內側設置螺栓連接的主視 圖5為刺板內側設置螺栓連接的俯視 圖6為外側設置有螺栓孔的刺板的俯視 圖7為外側設置有螺栓孔的刺板的主視 圖8為FRP型材刺板連接、螺栓連接和膠結連接的荷載-位移曲線圖。
具體實施例方式根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本發明的FRP型材刺板膠結復合連接接頭，連接接頭包括兩塊刺板2，兩塊刺板2分別位于FRP型材I的接頭連接區的兩面，兩塊刺板2的帶刺面均朝向FRP型材I。兩塊刺板2和FRP型材I之間均設置有環氧樹脂浸潰膠層3，其中，環氧樹脂浸潰膠層3的厚度為O. 5mm±0. 1mm。兩塊刺板2之間通過螺栓4連接。其中，螺栓4設置在刺板2的兩側或中部。FRP型材I的接頭連接區設置有凹部。其中，凹部通過將FRP型材的接頭連接區的防滑涂層打磨掉形成。凹部的深度為
O.5mm±O. 1mm。其中,FRPCFiber Reinforced Polymer,簡稱FRP),為纖維增強復合材料,是由纖維材料和基體材料按一定的比例混合并經過一定的工藝復合形成的高性能材料。FRP型材，包括一切由FRP制作的型材構件，如FRP型材板，FRP角鋼，FRP槽型鋼，FRP工字鋼等。刺板，指通過機械加工、分件組裝或鑄造等工藝制作的帶刺的鋼板，該鋼板的一側板面上分布有一定間距、一定長度、一定形狀的鋼刺。其中，本發明中鋼板的厚度為6±0. 5mm。刺板根據連接需要，或在板兩側邊設有上下刺板對接螺栓孔，或在板中設有安裝螺栓孔。其中，機械加工制作刺板，是指運用機械加工機床在厚板上直接加工出分布鋼刺，鋼刺為正四棱錐形刺，鋼刺的間距為3 6mm、長度為3mm、正方形底邊的邊長為3mm ;分件組裝制作刺板，是指首先在板面上加工出5mm深的刺孔，然后將預制好的鋼刺涂膠后嵌入孔中；其板面分布間距為8 12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為f 3mm的圓鋼刺；鑄造工藝制作刺板，是指將熔煉的鋼水澆注入刺板鑄型內，經冷卻凝固形成刺板，適用于圓形刺及正四棱錐形刺。本發明還公開了一種FRP型材刺板膠結復合連接方法，包括以下步驟
I)、首先將FRP型材I的接頭連接區的防滑涂層打磨掉，然后在FRP型材I的接頭連接區涂上環氧樹脂浸潰膠層3 ;其中，環氧樹脂浸潰膠層3的厚度為O. 5mm±0.1mm0打磨掉的防滑涂層的厚度為O. 5mm±0. 1mm。2)、將兩塊刺板2分別放置在FRP型材I的接頭連接區的兩面，兩塊刺板2的帶刺面均朝向FRP型材I，用壓力機將刺板2的刺壓入FRP型材I中，待刺板2的板面與環氧樹脂浸潰膠層3接觸，膠溢出，停止加壓；
3)、通過螺栓4連接兩塊刺板2。其中，螺栓4設置在刺板2的兩側或中部。實施例1
請參閱圖1、圖2、圖3、圖6和圖7所示
首先，使用打磨機將FRP型材I的接頭連接區的防滑涂層打磨掉，打磨時應注意控制打磨深度，以O. 5mm±0.1mm為宜。其次，將接頭尺寸標定在FRP型材I上，將環氧樹脂浸潰膠3涂抹在FRP型材I接頭處，厚度為O. 5mm±0.1mm為宜。第三，將一刺板2置于壓力機靜止平臺板面上，FRP型材I接頭置于刺板2上，并扶正，另一刺板2置于FRP型材I上，兩刺板2的帶刺面均朝向FRP型材I。第四，開動壓力機加壓，將刺板2的刺壓入FRP型材I內，待刺壓入一定深度刺板3與膠層接觸，膠溢出，停止加壓，將螺栓4旋入上下刺板2對接螺栓孔，用扭力扳手旋緊螺栓4，完成螺栓4連接，壓力機卸載。固結硬化之后，連接接頭制作完成。實施例2 請參閱圖1、圖4和圖5所示
除以下與實施例1不同外，其他部分均相同刺板2側邊無上下對接螺栓孔，刺板2板端也無螺栓孔，刺板2的安裝螺栓孔在刺板2中，所以在與FRP型材I連接時，需要在FRP型材I對應位置開螺栓孔。與現有技術方法相比，本發明的有益效果是1、刺板與FRP型材的連接成功地將刺引入到膠層抗剪界面，大大提高了膠層界面的抗剪強度，實現了膠結與刺板連接的共同受力，具有強度高、延性好、接頭效率高等優點；請參閱圖8所示，項目組前期驗證性試驗已經證明，采用20cm長的刺板，板面分布圓鋼刺的間距為10mm、長度為3mm、直徑為2mm,對厚度10mm、寬度85mm的型材板,本發明新型節點接頭部分可以提供21t的承載力，接頭效率達61%，而同等連接長度的螺栓連接僅提供6t的承載力，膠結連接提供6. 5t的承載力，傳遞效率不足16%。2、本發明的連接接頭施工簡單、快捷、方便、可靠，利用該連接方法可以進行FRP型材的單向接長、多向連接，也可以對刺板進行外接設計處理，以適合螺栓連接、焊接等操作，因而可以將該接頭運用到復合材料桁架、網架、橋梁等結構中。
權利要求
1.一種FRP型材刺板膠結復合連接接頭，其特征在于所述連接接頭包括兩塊刺板(2)，兩塊所述刺板(2)分別位于所述FRP型材(I)的接頭連接區的兩面，兩塊所述刺板(2)的帶刺面均朝向所述FRP型材(I )，兩塊所述刺板(2)的刺均插入所述FRP型材(I )，兩塊所述刺板(2)和所述FRP型材(I)之間均設置有環氧樹脂浸潰膠層(3)，兩塊所述刺板(2)之間通過螺栓(4)連接。
2.如權利要求1所述的FRP型材刺板膠結復合連接接頭，其特征在于，所述螺栓(4)設置在所述刺板(2)的兩側或中部。
3.如權利要求1所述的FRP型材刺板膠結復合連接接頭，其特征在于，所述環氧樹脂浸潰膠層(3)的厚度為O. 5mm±0. 1mm。
4.如權利要求1所述的FRP型材刺板膠結復合連接接頭，其特征在于，所述FRP型材(I)的接頭連接區設置有凹部。
5.如權利要求4所述的FRP型材刺板膠結復合連接接頭，其特征在于，所述刺板(2)的一側板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為I 3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為I 3mm、正方形底邊的邊長為f 3mm。
6.一種FRP型材刺板膠結復合連接方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、在FRP型材(I)的接頭連接區涂上環氧樹脂浸潰膠層(3)； 2)、將兩塊刺板(2)分別放置在FRP型材(I)的接頭連接區的兩面，兩塊所述刺板(2)的帶刺面均朝向所述FRP型材(I )，用壓力機將所述刺板(2)的刺壓入所述FRP型材(I)中，待所述刺板(2)的板面與所述環氧樹脂浸潰膠層(3)接觸，膠溢出，停止加壓； 3)、通過螺栓(4)連接兩塊所述刺板(2)。
7.如權利要求6所述的FRP型材刺板膠結復合連接方法，其特征在于，所述環氧樹脂浸潰膠層(3)的厚度為O. 5mm±0. 1mm。
8.如權利要求6所述的FRP型材刺板膠結復合連接方法，其特征在于，步驟I)中，首先將FRP型材(I)的接頭連接區的防滑涂層打磨掉，然后在所述FRP型材(I)的接頭連接區涂上環氧樹脂浸潰膠層(3)。
9.如權利要求6所述的FRP型材刺板膠結復合連接方法，其特征在于，所述刺板(2)的一側板面均勻分布有刺，所述刺為圓形刺或正四棱錐形刺，所述圓形刺的間距為12mm、長度為2 4mm、底邊的直徑為3mm ;所述正四棱錐形刺的間距為3 6mm、長度為3mm、正方形底邊的邊長為f 3mm。
10.如權利要求6所述的FRP型材刺板膠結復合連接方法，其特征在于，所述螺栓(4)設置在所述刺板(2)的兩側或中部。
全文摘要
本發明公開了一種FRP型材刺板膠結復合連接接頭及方法，包括兩塊刺板，兩塊刺板分別位于FRP型材的接頭連接區的兩面，兩塊刺板的帶刺面均朝向FRP型材，兩塊刺板的刺均插入FRP型材，兩塊刺板和FRP型材之間均設置有環氧樹脂浸漬膠層，兩塊刺板之間通過螺栓連接。本發明刺板與FRP型材的連接成功地將刺引入到膠層抗剪界面，大大提高了膠層界面的抗剪強度，實現了膠結與刺板連接的共同受力，具有強度高、延性好、接頭效率高等優點。本發明的連接接頭施工簡單、快捷、方便、可靠，利用該連接方法可以進行FRP型材的單向接長、多向連接，也可以對刺板進行外接設計處理，以適合螺栓連接、焊接等操作，因而可以將該接頭運用到復合材料桁架、網架、橋梁等結構中。
文檔編號E01D21/00GK103061415SQ201310028418
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者吳剛, 詹瑒, 張保龍, 蔣劍彪 申請人:東南大學, 北京特希達科技有限公司