專利名稱：一種主承力樹脂基復(fù)合材料-鋼桁組合結(jié)構(gòu)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)，特別涉及一種主承力樹脂基復(fù)合材料-鋼桁組合結(jié)構(gòu)制備方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明之前，裝配式公路鋼橋是一種由預(yù)制鋼桁架構(gòu)件為基本拼裝單元，單元與單元之間以單雙耳為連接方式的制式橋梁。由于該桁架主要是由鋼材制備，單片裝配式公路桁架片重達270Kg，由自重形成的荷載幾乎占了整個承載力的1/3，極大的影響該類橋梁的承載力。同時，在一些只能通過人工進行架設(shè)和交通運輸不便的地方，由于單片桁架片需要4人才能搬運，很難將其運到現(xiàn)場進行安裝，因此嚴重地影響了架設(shè)橋梁的進度，甚至無法進行橋梁架設(shè)。因此單片桁架結(jié)構(gòu)的自重過高成為影響該橋使用的重要因素，但如果降低單片桁架片重量，就會必然降低單片桁架片的結(jié)構(gòu)強度。因此，這個難題一直難以解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，研制一種主承力樹脂基復(fù)合材料-鋼桁組合結(jié)構(gòu)制備。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種主承力樹脂基復(fù)合材料鋼桁結(jié)構(gòu)制備方法，其主要技術(shù)步驟在于(1)該結(jié)構(gòu)是由弦桿、斜桿與豎桿組成；(2)所述桿件包括弦桿、下弦桿、斜桿與豎桿，結(jié)構(gòu)為在樹脂基復(fù)合材料管端部內(nèi)部設(shè)置外徑與樹脂基復(fù)合材料管內(nèi)徑相同的金屬管，然后在樹脂基復(fù)合材料管連接端部外圓上設(shè)置螺紋，在金屬套管內(nèi)壁設(shè)置同樣的螺紋，套在樹脂基復(fù)合材料管上，通過高強螺栓施加預(yù)緊力將樹脂基復(fù)合材料管與金屬套管連接；(3)桿件與桿件之間連接時，通過樹脂基樹脂基復(fù)合材料管端部的金屬套筒之間進行焊接完成；(4)在焊接處兩旁進行降溫；(5)在桁架上弦桿、下弦桿的端部焊接陰頭與陽頭，通過陰頭、陽頭實現(xiàn)桁架與桁架之間的連接。本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于(1)通過該方式制備的桁架是現(xiàn)有裝配式公路鋼橋桁架片重量的1/2。這樣極大地提高了改桁架橋的承載力，同時又由于該桁架結(jié)構(gòu)重量較小，便于運輸和架設(shè)。(2)樹脂基復(fù)合材料在順纖維方向的拉伸與壓縮強度較高，而其他強度較低，由于樹脂基桁架結(jié)構(gòu)主要承受拉力與壓力，可以充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)點。(3)通過該方法制備的桁架結(jié)構(gòu)由于只在桿件端部是金屬其他部位都是復(fù)合材料，因此該結(jié)構(gòu)的防腐性能比一般的鋼桁架好。
本發(fā)明的其他具體優(yōu)點和效果將在下面繼續(xù)說明。


圖1——本發(fā)明中樹脂基復(fù)合材料與金屬套筒連接原理示意圖。圖2——圖1的左視圖。圖3——陰頭示意圖。圖4——陽頭示意圖。圖5——本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖(以三角形桁架結(jié)構(gòu)為例)。圖中各標號表示各部件如下(樹脂基)復(fù)合材料管1、金屬套筒2、金屬管3、螺紋4、高強螺栓5、上弦桿6、下弦桿7、斜桿8、豎桿9、陰頭10、耳朵11、陽頭12。
具體實施例方式本發(fā)明的技術(shù)思路是既要降低桁架結(jié)構(gòu)(單片桁架片)的重量，又要保持桁架結(jié)構(gòu)的強度，同時又有利橋梁的施工和安裝。為此，本發(fā)明先從桁架結(jié)構(gòu)的材料和連接方式著手。下面是本發(fā)明的詳細說明。如圖1、圖2所示首先，桿件端部連接處采用金屬與樹脂基復(fù)合材料組合的結(jié)構(gòu)。在樹脂基復(fù)合材料管1連接處內(nèi)部設(shè)置外徑與樹脂基復(fù)合材料管1內(nèi)徑相同的金屬管3，以提高樹脂基復(fù)合材料管1的剛度，然后在樹脂基復(fù)合材料管1連接端部外圓上設(shè)置螺紋4，在金屬套管2內(nèi)壁設(shè)置同樣的螺紋4，使金屬套管2與樹脂基復(fù)合材料管1上螺紋4相互咬合形成整體；桿件包括上弦桿6、下弦桿7、斜桿8、豎桿9。如圖3所示為了提高復(fù)合材料齒的抗剪強度，可將金屬套筒2沿著耳朵11剖成三部分，分別與樹脂基復(fù)合材料管1進行螺紋連接，然后用高強螺栓5加強連接；由于復(fù)合材料螺紋4的抗剪強度較低，為了提高復(fù)合材料螺紋4的抗剪強度，從而達到提高樹脂基復(fù)合材料與鋼材在連接處連接效率的目的，用高強螺栓5將金屬套筒2與樹脂基復(fù)合材料管1擰緊，使二者之間產(chǎn)生較大的預(yù)緊力。在桁架結(jié)構(gòu)制備中，所有桿件的部件均是指由上述方法制備出來的。在桁架結(jié)構(gòu)制備如圖1、圖5所示第一步制備鋼接頭。首先在樹脂基復(fù)合材料管1連接處內(nèi)部設(shè)置外徑與樹脂基復(fù)合材料管1內(nèi)徑相同、剛度較大的金屬管3，以提高樹脂基復(fù)合材料管1的剛度；然后分別在樹脂基復(fù)合材料管1外表面以及金屬套筒2內(nèi)表面加工相互匹配的螺紋4，最后將金屬套筒2 與樹脂基復(fù)合材料管1進行連接時，將金屬套筒2分成幾部分與樹脂基復(fù)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1 20度分布，將金屬套筒2與樹脂基復(fù)合材料管1連接成整體，通過緊固高強螺栓5向樹脂基復(fù)合材料管1施加預(yù)緊力，以提高其承載力。
第二步按第一步的方法對各桿件制備鋼接頭對于上弦桿6、下弦桿7和豎桿9必須在所有樹脂基復(fù)合材料管1端部制備鋼接頭和中部制備鋼接頭；而對于斜桿8只需在端部制備鋼接頭；在桿件上制備鋼接頭時，為保證裝配精度，在樹脂基復(fù)合材料管1上加工螺紋時必須保證螺紋的第一道齒。第三步桿件與桿件之間的拼裝。具體桿件之間的連接見圖5所示，桿件與桿件之間的拼裝主要是指桿件的焊接。由于復(fù)合材料不耐高溫，所有桿件的焊接都是將桿件端部的金屬套筒2焊接到另一桿件端部金屬套筒的耳朵11上。桿件的焊接必須保證焊接好的桁架片整個桿件在一個平面，同時為防止焊接產(chǎn)生的高溫對樹脂基復(fù)合材料管1的復(fù)合材料產(chǎn)生影響在焊接時必須通過濕毛巾對桿件焊接處進行降溫，同時金屬套筒2的三個耳朵11的高度必須大于螺栓孔徑l-2cm。在焊接完后為防止溫度降低接頭預(yù)緊力，必須通過高強螺栓5 對接頭重新施加預(yù)緊力。第四部將陰頭11，陽頭12分別通過焊接到桁架的上弦桿6、下弦桿7上，以實現(xiàn)桁架片與桁架片之間的連接。在焊接時為防止樹脂基復(fù)合材料管受高溫影響，上弦桿6和下弦桿7 端部必須的金屬套管必須比樹脂基復(fù)合材料管長5-lOcm。應(yīng)用本發(fā)明，單片(復(fù)合材料)桁架片在承載力與現(xiàn)有鋼桁架承載力相當(dāng)?shù)那闆r下，重量變輕，從原來270公斤變?yōu)?40公斤，2人就可搬運。同時由于本結(jié)構(gòu)主要是由復(fù)合材料組成因此該結(jié)構(gòu)防腐性能比傳統(tǒng)的鋼桁架結(jié)構(gòu)好。
權(quán)利要求
1.一種主承力樹脂基復(fù)合材料-鋼桁組合結(jié)構(gòu)制備方法，其步驟在于(1)該結(jié)構(gòu)是由弦桿、斜桿與豎桿組成；(2)所述桿件包括上弦桿、下弦桿、斜桿與豎桿，結(jié)構(gòu)為在樹脂基復(fù)合材料管端部內(nèi)部設(shè)置外徑與樹脂基復(fù)合材料管內(nèi)徑相同的金屬管，然后在樹脂基復(fù)合材料管連接端部外圓上設(shè)置螺紋，在金屬套管內(nèi)壁設(shè)置同樣的螺紋，套在樹脂基復(fù)合材料管上，通過高強螺栓施加預(yù)緊力將樹脂基復(fù)合材料管與金屬套管連接；(3)桿件與桿件之間連接時，通過樹脂基復(fù)合材料管端部的金屬套筒之間進行焊接完成；(4)在焊接處兩旁進行降溫；(5)在桁架上弦桿、下弦桿的端部焊接陰頭與陽頭，通過陰頭、陽頭實現(xiàn)桁架與桁架之間的連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主承力樹脂基復(fù)合材料鋼桁結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于在金屬套管上有三個耳朵按120度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主承力樹脂基復(fù)合材料鋼桁結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于在外部金屬套筒的三個耳朵的高度必須大于螺栓孔l_2cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主承力樹脂基復(fù)合材料鋼桁結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于在步驟(3)中，將桿件一端部的金屬套筒焊接到另一桿件端部金屬套筒的耳朵上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主承力樹脂基復(fù)合材料鋼桁結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于在步驟(3)中，在桿件焊完成后必須再一次通過高強螺栓施加預(yù)緊力。
6.在將單雙耳與上下弦桿焊接時，上弦桿、下弦桿端部的金屬套管必須比樹脂基復(fù)合材料管長5-10cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主承力樹脂基復(fù)合材料-鋼桁組合結(jié)構(gòu)制備方法。本發(fā)明技術(shù)方案是該結(jié)構(gòu)是由弦桿、斜桿與豎桿組成，在樹脂基復(fù)合材料管端部內(nèi)部設(shè)置外徑與樹脂基復(fù)合材料管內(nèi)徑相同的金屬管，通過高強螺栓連接，桿件與桿件之間焊接完成，且在焊接處兩旁進行降溫，在桁架上弦桿、下弦桿的端部焊接陰頭與陽頭，通過陰頭、陽頭實現(xiàn)桁架與桁架之間的連接。本發(fā)明解決了單片桁架結(jié)構(gòu)的自重過高成為影響該橋使用的缺陷。本發(fā)明通過該方式制備的桁架是現(xiàn)有裝配式公路鋼橋桁架片重量的1/2，極大地提高了改桁架橋的承載力，且桁架結(jié)構(gòu)重量較小，拉伸與壓縮強度較高，由于只在桿件端部是金屬其他部位都是復(fù)合材料，因此該結(jié)構(gòu)的防腐性能比一般的鋼桁架好。
文檔編號E01D101/30GK102505638SQ201110355168
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者李飛, 王婭娜, 趙啟林, 趙啟武, 陳浩森 申請人:趙啟武