[发明专利]树脂基复合材料管与金属材料连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂基复合材料的连接技术，特别涉及树脂基复合材料管连接方法。

背景技术

在本发明之前，复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀性能等优点，树脂基复合材料在土木工程中被大量使用。复合材料传统连接方式有：胶结、螺栓连接与胶螺混合连接等。传统的螺栓连接形式比较简单，基本上可以应用于各种复合材料构件的连接。但复合材料构件在进行螺栓连接时，由于需要在材料上开孔，因而极大地削弱了结构整体的承载力，往往造成构件未坏而连接处先坏，所以这种连接形式一般应用于荷载等级较小的情况；胶接连接方式是不可拆卸的，虽然该连接方式对构件没有任何削弱，但由于胶本身剪切强度较低，从而影响了连接构件的极限承载力；胶螺混合连接，与一般的胶接一样由于胶层的厚度较薄，导致胶层与螺栓不能一致变形，最后在承受荷载时往往是胶层剪切破坏，螺栓再受力，没有共同作用。因此传统的连接方式限制了复合材料在土木工程中的应用。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制、提供一种树脂基复合材料管与金属材料连接方法。

本发明的技术方案是：

树脂基复合材料管与金属材料连接方法，其主要技术步骤在于：

(1)在树脂基复合材料管连接处外表面制备螺纹，与金属套筒内壁的螺纹匹配；

(2)在树脂基复合材料管连接处内部插入外径与复合材料内径相同的金属套。

本发明的优点和效果在于：

1.与传统连接方式最大的不同是，金属套筒与复合材料管的连接时不仅通过螺纹连接，而且通过环向高强螺栓与过盈配合等方法对复合材料管施加径向压力，提高连接处的极限承载力。

2.由于复合材料刚度较低为施加的较大径向压力，在复合材料管连接处插入外径与复合材料内径相同的金属套。

3.该连接方式较传统的螺纹连接而言，不仅通过螺齿的抗剪传递荷载，而且由于径向压力的存在，螺纹接触面的摩擦也参与荷载传递，同时由于拉挤成型的顺纤维复合材料抗剪切强度(树脂一般在60MPa左右)明显高于普通胶层抗剪切强度(一般低于20MPa)，且在径向压力作用下抗剪切强度将进一步提高，因而整个接头可以提供较大的承载力，项目组前期验证性实验已经证明对于外直径76mm，管厚5mm复合材料管，接头部分可以提供80t以上的承载能力。接头破坏时，构件应力达到700MPa，而承载力较高的RTM工艺成孔的螺栓连接，在接头破坏处构件应力最高才达到300MPa。从而可见该连接形式比现有的复合材料连接形式可以更好的发挥复合材料强度。同时由于该连接形式是靠螺齿的抗剪与界面摩擦力共同传力，因而具有不易老化、疲劳性能好、适用截面形式多等优点。现有技术的螺栓连接、胶接与本发明相比，其连接性能明显存在差距，如图1所示。

4.利用该连接形式不仅可以进行复合材料构件的单向接长、多向连接外，而且由于可以直接在接头外金属套筒上进行焊接、切削等常规操作，因而可方便地制作成复合材料桁架单元之间的单双耳接头、复合材料空间桁架的球形接头、复合材料筋与索的锚具等，可以广泛应用于桁架桥、空间网架与预应力桥梁等。

本发明的其他优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1——各种连接方式性能对比示意图。

图2——本发明结构原理示意图。

图3——图2的左视图。

图4——本发明通过环向高强螺栓对复合材料管施加预紧力示意图之一。

图5——本发明通过环向高强螺栓对复合材料管施加预紧力示意图之二。

图6——本发明通过过盈配合对复合材料管施加预紧力示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图2、图3、图4和图5所示：

首先在复合材料管1连接处内部设置外径与复合材料管1内径相同、刚度较大的金属管3，以提高复合材料管1的刚度；然后分别在复合材料管1外表面以及金属套筒2内表面加工相互相匹配的螺纹4，最后将金属套筒2与复合材料管1进行连接时，将金属套筒2分成几份与复合材料管1进行螺纹连接，本例中用三个环向高强螺栓5、按照120度分布，将金属套筒2连接成整体，通过紧固螺栓上向复合材料管1施加预紧力，以提高其承载力。金属材料包括金属管3、金属套筒2。

实施例2：

如图2、图3和图6所示：

与实施例1唯一的不同：复合材料管1和金属套筒2是通过过盈配合对复合材料管1的连接处施加预紧力，而非通过环向高强螺栓，R1为过盈配合前金属套筒2的半径，R2为过盈配合后金属套筒2的半径。

复合材料管1也包括复合材料杆。