[发明专利]构件、接头一体化复合材料预紧力纵向分形齿连接装置

说明书

本发明涉及一种构件、接头一体化复合材料预紧力纵向分形齿连接装置。包括外部金属套筒，复合材料管和内部金属套筒；复合材料管的内外表面均设有与复合材料管一体成型的多个纵向分形齿，所述纵向分形齿平行于复合材料管轴线设置，多个分形齿沿复合材料管周向均匀布置；外部金属套筒内表面设有与复合材料管外表面的分形齿相匹配的分形齿，所述内部金属套筒外表面设有与复合材料管内表面的分形齿相匹配的分形齿，将内部金属套，复合材料管和外部金属套筒依次装配之后，施加力使外部金属套筒产生塑性变形，使整个接头产生预紧力，实现连接。本发明通过一体成型的纵向分形齿，实现了复合材料管的连接，且纵向分形齿提高了复合材料管的强度。

技术领域

本发明属于复合材料连接领域，具体涉及一种旨在提高现有复合材料连接技术承载力以及进一步降低复合材料连接处和构件的重量。

背景技术

复合材料连接技术主要有：螺栓连接、胶接、胶螺混合连接以及复合材料预紧力齿连接。这些连接技术都存在一定的不足：对于复合材料螺栓连接、胶螺混合连接和预紧力齿连接，需要在连接处对复合材料进行开孔或者开齿等二次加工。这样不仅会提高接头的制备成本还会打断纤维的连续性，从而降低复合材料接头的承载力。对于复合材料胶接虽然不需要对复合材料进行二次加工，但是由于胶体是二次固化，因此在连接处胶体的剪切强度较低，易老化从而导致接头承载力不高。同时现有的复合材料连接技术仅仅考虑了连接处的连接效率，没有考虑杆件的力学性能。

在先公开的专利CN201710942875.7，其专利名称为“一种高承载、高疲劳性能的复合材料多级管齿连接装置”，公开的结构为：外金属管、内金属管、过渡金属管。所述外金属管、复合材料管和内金属管自外而内依次设置；所示外金属管、内金属管和复合材料管之间通过齿咬合作用和/有预紧力产生的摩擦力传力；其中，所述的外金属管和复合材管之间设有相互咬合的齿，和/或内金属管复合材料管之间设置相互咬合的齿；其中，预紧力通过外金属套筒被挤压使外金属套筒产生变形施加和/或内金属挤压复合材料管产生变形施加。作为改进，接头中的齿为单级齿或者多级齿，通过多级齿来改善接头的疲劳上性能。但是这些齿都是通过在复合材料上进行二次加工，会打断复合材料中纤维的连续性。因此整个接头的承载力没有充分发挥。

在先公开的专利，其专利名称为“一种基于软物质的高承载复合材料分形齿连接装置”(申请号为：202110631498.1)，其公开结构为：复合材料板连接包括金属板连接件、复合材料板、软物质以及预紧力施加装置：在复合材料板和金属板上上制备多级分形齿，金属齿和复合材料齿之间预留间隙，间隙的大小根据软物质的刚度进行确定。在装配的过程中首先通过金属齿与复合材料齿进行装配，然后通过软物质将间隙填满，最后通过金属板两边的螺栓施加预紧力。该专利仅仅对复合材料齿荷载分配比例进行了优化，能解决现有的复合材料连接技术存在二次加工或者二次固化问题。而且在该连接方式是通过复合材料剪切面传递荷载，材料的层间剪切强度决定了接头的承载力。

同时现有复合材料管都是均匀壁厚，为了增加复合材料管的局部稳定性复合材料管往往需要较大的厚度，这不仅仅增加了复合材料管的重量同时也不能充分发挥复合材料管的承载力。这也是复合材料管很难在土木工程中大批量应用的原因之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构件、接头一体化复合材料预紧力纵向分形齿连接装置，将复合材料分形齿和复合材料管一次成型，避免二次加工从而提高复合材料连接处的连接效率。复合材料管自带纵向齿不仅可以传递荷载还可以降低复合材料管的壁厚，从而进一步降低了连接处和构件的重量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种复合材料管纵向分形齿连接装置，包括外部金属套筒，复合材料管和内部金属套筒；

所述复合材料管的内外表面均设有与复合材料管一体成型的多个纵向分形齿，所述纵向分形齿平行于复合材料管轴线设置，多个分形齿沿复合材料管周向均匀布置；