專利名稱：一種復合材料泡沫夾芯桿的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復合材料泡沫夾芯桿，屬于新材料結構領域，可應用于建筑、航空航天、橋梁工程等領域的桿系結構中。
背景技術：
以軸向受力為主的桿系結構廣泛應用在建筑工程、航空航天、機械工程等領域的大跨度結構中，如桁架、網架及網殼等。通常這類結構由鋼管制成，具有結構堅固、焊接性好、剛度大等優點，但也有自重大、易腐蝕等缺點。而纖維增強樹脂基(Fibre-ReinforcedPolymer, FRP)復合材料管，尤其是碳纖維復合材料管(CarbonFibre-ReinforcedPolymer, CFRP)具有強度高、自重小、耐腐蝕等優點，可用于超大跨度或對重量有嚴格要求的桿系結構。 但是，當碳纖維復合材料管承受軸向拉伸與壓縮載荷時，由于復合材料在厚度和垂直于纖維方向易被破壞，碳纖維受力只有理論承載能力的1/3，過早出現了管端部分層破壞或管壁局部失穩破壞，使得碳纖維的高強度性能沒有得到充分利用。因此，本發明旨在提供一種設計構造簡單、自重小、能夠解決復合材料管承受拉仲或壓縮載荷時過早出現端部分層破壞和局部失穩問題、提高復合材料管的承載能力的結構。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種設計構造簡單的桿系結構，當該結構受拉仲或壓縮載荷時，能夠解決傳統復合材料管過早出現端部分層破壞以及局部失穩問題，提高復合材料管的承載能力。為實現上述目的，本發明提供了一種復合材料泡沫夾芯桿，包括復合材料管；泡沫填充物，所述泡沫填充物置于所述復合材料管內；連接筒，所述連接筒固定在所述復合材料管的端部內；螺栓桿，所述螺栓桿與所述連接筒通過螺紋連接；螺母，所述螺母與所述螺栓桿通過螺紋連接；承壓板，所述承壓板通過所述螺母與所述螺栓桿的螺紋連接緊固于所述復合材料管的端面上；至少兩個楔片式箍套，所述楔片式箍套由變內徑圓筒與四片或更多楔片組成，通過將所述楔片楔入所述變內徑圓筒與所述復合材料管之間的間隙中，將所述變內徑圓筒緊固于所述復合材料管端部外側。較佳地，所述復合材料管由連續碳纖維鋪層與樹脂基體組成。較佳地，所述復合材料管沿管壁厚度方向有多個鋪層，其中至少一個鋪層的纖維沿軸向布置，最內側鋪層的纖維方向與周向夾角大于O度。
較佳地，其中所述泡沫填充物由閉孔泡沫構成。較佳地，所述泡沫填充物為直徑與所述復合材料管內徑相同的芯棒。較佳地，所述連接筒通過膠接接頭固定在復合材料管端部內。較佳地，所述連接筒端頭斜削，最小斜度為1/10。較佳地，所述連接筒與所述承壓板之間有一間隙。較佳地，所述承壓板與所述復合材料管端面完全接觸。較佳地，所述變內徑圓筒厚度變化與所述楔片相同。 本發明中泡沫填充物對復合材料管壁起支撐作用，抑制復合材料管受壓局部失穩，復合材料管端的楔片式箍套可以抑制復合材料管受壓時端部分層破壞，有效提高空心復合材料管在軸力作用下的承載力，充分發揮纖維縱向強度高的性能。本發明在承受拉仲載荷時，螺栓桿將拉力傳給連接筒，連接筒傳給復合材料管。在承受壓縮載荷時，螺栓桿將壓力傳給承壓板，承壓板傳給復合材料管。由此可知，拉力和壓力傳遞路徑分開，設計構造簡單，傳力路徑明確，有助于降低復合材料管受力破壞的概率，且螺栓桿容易與其它桿件或節點連接。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
圖I是本發明的一個較佳實施例的結構圖。圖2是本發明的一個較佳實施例中的連接筒的結構圖。圖3是本發明的一個較佳實施例中的連接筒的左側視圖。圖4是本發明的一個較佳實施例中的楔片式箍套的結構圖。圖5是本發明的一個較佳實施例中的楔片式箍套的左側視圖。圖6是本發明的一個較佳實施例中的楔片的示意圖。圖7是本發明的一個較佳實施例中的變內徑圓筒的結構圖。圖8是本發明的一個較佳實施例中的變內徑圓筒的左側視圖。
具體實施例方式本發明是一種復合材料泡沫夾芯桿。圖I至圖8是該復合材料泡沫夾芯桿的一個實施例，其包括復合材料管I與置于復合材料管I內的閉孔泡沫管芯2，連接筒3通過膠接接頭4分別固定在復合材料管I的端部內；螺栓桿5分別與連接筒3通過內部螺紋連接；螺母6分別與螺栓桿5通過內部螺紋連接，將承壓板7分別緊固于復合材料管I的兩端；在復合材料管I的兩端部，分別有兩對楔片式箍套8緊固于復合材料管I外部；楔片式箍套8由變內徑圓筒10與四片或更多楔片11組成，變內徑圓筒10的厚度變化與楔片11厚度變化一致。復合材料管I由連續碳纖維鋪層與樹脂基體組成，沿管壁厚度方向有多個鋪層，其中至少一個鋪層的纖維沿軸向布置，最內側鋪層的纖維方向與周向夾角大于O度。在組裝復合材料泡沫夾芯桿前，先將閉孔泡沫管芯2兩端按照連接筒3的內部空心尺寸制成錐形，然后將其插入復合材料管I，注意保證閉孔泡沫管芯2與復合材料管I內壁緊密接觸。連接筒3通過膠接接頭4固定在復合材料管I端部內，為提高所述膠結接頭4強度，減小其剝離應力，連接筒3端頭斜削，最小斜度為1/10。承壓板7與連接筒3之間預留一間隙9，避免承壓板7將壓力傳遞給連接筒3，引起膠層破壞。在組裝復合材料泡沫夾芯桿時，先將楔片11逐個放入變內徑圓筒10，然后逐步敲擊楔片11緊固，保證楔片11與復合材料管I均勻接觸。緊固楔片11時注意不要用力過大，防止損傷復合材料管I。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創 造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種復合材料泡沫夾芯桿，其特征是，包括 復合材料管； 泡沫填充物，所述泡沫填充物置于所述復合材料管內； 連接筒，所述連接筒固定在所述復合材料管的端部內； 螺栓桿，所述螺栓桿與所述連接筒通過螺紋連接； 螺母，所述螺母與所述螺栓桿通過螺紋連接； 承壓板，所述承壓板通過所述螺母與所述螺栓桿的螺紋連接緊固于所述復合材料管的端面上； 至少兩個楔片式箍套，所述楔片式箍套由變內徑圓筒與四片或更多楔片組成，通過將所述楔片楔入所述變內徑圓筒與所述復合材料管之間的間隙中，將所述變內徑圓筒緊固于所述復合材料管端部外側。
2.如權利要求I所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述復合材料管由連續碳纖維鋪層與樹脂基體組成。
3.如權利要求I或2所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述復合材料管沿管壁厚度方向有多個鋪層，其中至少一個鋪層的纖維沿軸向布置，最內側鋪層的纖維方向與周向夾角大于O度。
4.如權利要求I所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述泡沫填充物由閉孔泡沫構成。
5.如權利要求I或4所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述泡沫填充物為直徑與所述復合材料管內徑相同的芯棒。
6.如權利要求I所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述連接筒通過膠接接頭固定在復合材料管端部內。
7.如權利要求I或6所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述連接筒端頭斜削，最小斜度為 1/10。
8.如權利要求I或6或7所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述連接筒與所述承壓板之間有一間隙。
9.如權利要求I所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述承壓板與所述復合材料管端面完全接觸。
10.如權利要求I所述的復合材料泡沫夾芯桿，其中所述變內徑圓筒厚度變化與所述楔片相同。
全文摘要
本發明公開了一種復合材料泡沫夾芯桿，屬于新材料結構領域。所述復合材料泡沫夾芯桿是由復合材料管、泡沫填充物、連接筒、螺栓桿、螺母、承壓板以及楔片式箍套組成。泡沫填充物對復合材料管壁起支撐作用，抑制復合材料管受壓局部失穩。桿端楔片式箍套可以抑制復合材料管受壓時端部分層破壞。本發明具有設計結構簡單、輕質、承載力高、耐腐蝕等優點，可以應用于建筑、橋梁、航空航天工程等領域的桿系結構中。
文檔編號B32B9/04GK102705686SQ2012101832
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者張大旭, 鄒濤, 陳務軍 申請人:上海交通大學