复合材料预紧力齿连接技术研究现状与进展.pdf

２０１４年第１２期玻璃钢／复合材料５５桥面板为铝合金正交异性板，斜腹杆为武岩纤维复合材料管材，下弦杆为碳纤维复合材料管材，所有管材通过预紧力齿连接技术预先制作铝合金接头，而后构件与构件之间通过铝合金的焊接或螺栓进行连接。桥梁设计荷载为轮式载１５ｔ、跨度２４ｍ，全桥重２．５ｔ，一架直升机可整体吊装运输与架设。单车辙、双车辙的抗弯、抗扭实验均已经完成，验证了其承载’”’力和挠度都满足设计要求埔图９复合材料空间桁架应急桥实物模型及荷载实验５展望由于预紧力齿连接技术是一种对管状复合材料构件特别适合的高效连接技术，而采用管状构件的空间桁架在大跨度桥梁、体育场馆中有广泛应用，因此可以预测该技术将有较为广阔的应用前景，但是作为一种成熟技术能得到推广应用，还有以下问题需要得到解决：（１）复合材料齿连接接头有三种破坏模式，目前仅仅定性了解破坏模式、承载力与齿深、齿长以及预紧力等因素的相互关系，对哪种破坏模式更适合复合材料结构，如何进行破坏模式判别以及预紧力施加控制标准等均缺乏深入的研究；（２）基本搞清了接头的传力机理，基于实测与弹性假定建立了内力多齿分配的弹性解以及单齿承载力计算的特征曲线法。但是，现有设计计算方法对摩擦阻力在接头承载力中贡献没有予以充分考虑，也没有体现在荷载不同阶段，齿的内力分配不断变化的客观特征，因此还需要深化机理与理论研究，建立更符合客观事实的计算方法；（３）如果需要将该技术应用到大跨度桥梁等结构上，不得不考虑自重长期荷载作用下的蠕变问题以及车辆等周期荷载作用下的疲劳问题，因此对接头的蠕变与疲劳等长期力学性能的研究将成为工程应用另外一个关键方向；（４）建立成熟的制备标准。复合材料具有脆性特征，对于局部应力集中现象较为敏感，制作过程中的误差与损伤均会导致承载力与破坏形式产生较大变化，因此应该加快建立一套完整的、预紧力齿连接接头的制备标准，控制制作误差导致的承载力离散型，以满足该技术在工程应用中的需求。参考文献—［１］ＳｔａｒｉｋｏｖＲ，ＳｃｈｏｎＪ．Ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇｈｅａｄｂｏｌｔｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｅｓＳｔｒｎｃｔ，２００１，５１：４１１－４２５．［２］ＲｏｍａｎＳｔａｒｉｋｏｖ，ＪｏａｋｉｍＳｅｈ￣ｎ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｕｒｉｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅＢｏｌｔｅｄＪｏｉｎｔｓ［Ｊ］．［３］Ｃｈｏｉ，Ｊ．Ｈ．，Ｌｅｅ，Ｄ．Ｇ．．ＡｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＳｔａｔｉｃＴｏｒｑｕｅ—ＣａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅＡｄｈｅｓｉｖｅｌｙｂｏｎｄｅｄＴｕｂｕｌａｒＳｉｎｇｌｅＬａｐＪｏｉｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｈｅｓｉｏｎ，１９９６，５５：２４５・２６０．［４］ＤｅｎｇＡＺ，ＺｈａｏＱＬ，ＬｉＦ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆ—ｓｉｎｇｌｅｔｏｏｔｈｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｅｄｔｅｅｔｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ—ｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２０１３，３２（２１）：１６０３１６１３．［５］ＦｅｉＬｉ，ＱｉＬｉｎＺｈａｏ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｅｎｓｉｌｅｃａｐａｃｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｃｏｈｅｓｉｖｅ—ｚｏｎｅｍｏｄｅｌｏｆｂｏｎｄａｎｃｈｏｒａｇｅｆｏｒｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｐｏｌｙｍｅｒｔｅｎｄｏｎ［Ｊ］．—ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，（９２）：２４００２４０５．［６］李飞．复合材料新型连接技术及在桁架中的应用研究［Ｄ］．南京：解放军理工大学博士学位论文，２０１２．［７］马毓，赵启林．复合材料胶－螺混合连接接头承载力分析［Ｊ］．复—合材料学报，２０１１，２８（４）：２２５２３１．［８］ＱｉＬｉｎＺｈａｏ，ＦｅｉＬｉ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｅａｒｉｎｇＣａｐａｃｉｔｙｏｆＳｉｎｇｌｅＴｏｏｔｈｔｏ—ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰｒｅＴｉｇｈｔｅｎｅｄＴｅｅｔｈＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．［９］赵启林，李飞．复合材料预紧力螺纹连接技术［Ｐ］．２０１０２０１５７３０３．１．［１０］高一峰．复合材料预紧力齿连接强度预测及接头设计［Ｄ］．南京：解放军理工大学硕士学位论文，２０１４．．［１１］徐龙星．复合材料预紧力齿连接承载力计算方法与试验研究［Ｄ］．南京：解放军理工大学硕士学位论文，２０１４．［１２］苗大胜．纤维增强树脂基复合材料组合空间桁架桥连接技术和结构性能研究［Ｄ］．南京：解放军理工大学硕士学位论文，２０１３．［１３］赵启林，刘鹏飞，徐龙星．玻璃纤维复合材料一钢组合桁架结构长期力学性能研究［Ｊ］．工业建筑，２０１３（增刊）．［１４］赵启林，李飞，徐康．新型复合材料桁架结构静载实验研究［Ｊ］．工业建筑，２０１１（增刊）．［１５］赵启林，李飞．一种主承力复合材料桁架桥制备方法［Ｐ］．２０１１１０３５５１６８．０。［１６］ＰｅｎｇｆｅｉＬｉｕ，ＱｉｌｉｎＺｈａｏ，ＦｅｉＬｉ，ＪｉｎｃｈｕｎＬｉｕ，ＨａｏｓｅｎＣｈｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ—ｐｏｌｙｍｅｒｓｔｅｅｌｃｏｍｂｉｎｅｄｔｒｕｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．ＴｈｅＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＷｏｒｌｄＪｏｕｒｎａｌ，２０１４．［１７］ＺｈａｎｇＤ．ＺＱ．ＨＹ．ＦｌｅｘｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｉｇｈｔｗｅｉｓｈｔｈｙｂｒｉｄＦＲＰ－ａｌｕｍｉｎｕｍｍｏｄｕｌａｒｓｐａｃｅｔｒｎａｓｂｒｉｄｇｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１４，１ｏ８（０）：６００６１５．［１８］Ｄ．一Ｄ．Ｚｈａｎｇ，Ｙ．一Ｘ．Ｈｕａｎｇ，Ｑ．一Ｌ．Ｚｈａｏ，Ｆ．Ｌｉ，Ｆ．Ｌｉ，Ｙ．一Ｆ．Ｇａｏ．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｈｙｂｒｉｄＦＲＰ－ａｌｕｍｉｎｕｍｍｏｄｕｌａｒｔｒｉａｎｇｕｌａｒ—ｔｒｕｓｓｓｙｓｔｅｍｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｖａｒｉｏｕｓｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｈｅＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＷｏｒｌｄＪｏｕｒｎａｌ，２０１４．５６复合材料预紧力齿连接技术研究现状与进展２０１４年１２月ＣＵＲＲＥＮＴＩＵＳＥＡＲＣＨＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＴＨＥＡＰＰＬＩＣＡＴｌ００ＦＴＨＥＰＲＥ－ＴＩＧＩｒｒＥＮＥＤＴＯＯＴＨＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ—ＺＨＡＯＱｉ－ｌｉｎ，ＧＡＯＹｉｆｅｎｇ，ＬＩＦｅｉ（１．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒＣｏｒｐｓ，ＰＬＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｌｏｇｉｓｔｉｃｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＰＬＡ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１３３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅ－ｔｉｇｈｔｅｎｅｄｔｏｏｔｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｉｓａｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｉｔｈｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｌａｒｇｅｂｅａｔｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｉｔｈａｓｓｈｏｗｅｄａｇｏｏｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ｒｎｌｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｙｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｆｔｈｅ—ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｅｄｔｏｏｔｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｉｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ，ｌｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｅｓｉｇｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｓｏｏｎ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｗｏｔｙｐｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅｔｅｃｈ－ｎｉｑｕｅｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓｔｏｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ－ｔｉｇｈｔｅｎｅｄｔｏｏｔｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｐｒｏｇｒｅｓｓ（上接第７８页）—［１１］ＣｈｅｎＹ，ＤａｖａｌｏｓＪＦ，ＲａｙＩ，ｅｔａ１．ＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄａｓｉｎｇｔｅｓｔｓｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｏｆｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＦＲＰｒｅｉｎｆｏｍｉｎｇｂａｒｓｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００７，（２８）：１０１．１ｌ１．—［１２］ＫｉｍＨＹ，ＰａｒｋＹＨ，ＹｏｕＹＪ，ｅｔａ１．ＳｈｏｒｔｔｅｒｍｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｆｏｒＧＦＲＰｒｏｄｓｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，（８３）：３７４７．［１３］ＯｕｙａｎｇＺ，ＷａｎＢ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｗａｔｅｒｅｆｆｅｃｔｏｎｂｏｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｅｎｅｒｇｙｂｅｔｗｅｅｎＦＲＰａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｍｏｉｓｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｍｉｎｏｒｅｄｐｌａｓｔｉｃｓａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，—２００８，２７（２）：２０５２２３．［１４］ＧｈｉａｓｓｉＢ，ＭａｒｃａｒｉＧ，ＯｌｉｖｅｉｒａＤＶ，ｅｔａ１．Ｗａｔｅｒｄｅｇｒａｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓ—ｏｎｔｈｅｂｏｎｄｂｅｈａｖｉｏｒｉｎＦＲＰｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｍａｓｏｎｒｙ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐａｒｔＢ，２０１３，（５４）：ｌｌ一１９．［１５］黄故．玻璃纤维在特殊条件下的强度分析［ｃ］．纺织学报，２００６．６５．６７．［１６］Ｄ，ＡｌｍｅｉｄａＪＲＭ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒａｎｄｓａｌｉｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｉｎｔｅｄａｍｉｎａｒｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆａｎａｒａｍｉｄ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．—Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，１９９１，２２（６）：４４８４５０．［１７］张宠．玻璃钢在盐水条件下的腐蚀性能研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００７．［１８］董琳琳．玻璃钢在海水环境下的弯曲性能研究［Ｊ］．纤维复合—材料，２００７，（２）：４０４２．ⅥⅡＦＬＥＸＵＡＬＢＥＨＡＯＲＯＦＧＦＲＰＳＨＥＥＴＳＩＥＲＳＥＤＩＮＷＡＴＥＲＢＡＳＥＤｏＮＭＩＣＲｏＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＡＬＹＳＩＳ—ＨＵＡＮＧＹａｎｇ，ＦＡＮＧＹｕａｎ，ＬＩＵＷｅｉｑｉｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｕ一１ａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１８１６，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ（ＧＦＲＰ）ｓｈｅｅｔｓｗｅｒｅｉｍｍｅｒｓｅｄｉｎｄｅｉｏｎｉｚｅｄｗａｔｅｒａｎｄｓａｌｉｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＴｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＧＦＲＰｓｈｅｅｔｓｉｎｃｌｅａｒｗａｔｅｒａｎｄｓａｌｉｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｃｈａｎｇｅｓｉｎｍａｓｓｇａｉｎｓ，ｍｏｄｕｌｕｓｏｆｒｕｐｔｕｒｅ，ｍｏｄｕｌｕｓｏｆｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ａｎｄａｇｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｓｓｇａｉｎｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｎｔｅｎｄｔｏｂｅｓｔａｂｌｅｉｎｂｏｔｈｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｍａｓｓｇａｉｎｓｏｆＧＦＲＰｓｈｅｅｔｓｉｎｄｅｉｏｎｉｚｅｄｗａｔｅｒａｒｅａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓｔ｝ｌａｎｔｈａｔｉｎｓａｌｉｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｏｄｕｌｕｓｏｆｒｕｐｔｕｒｅａｎｄｍｏｄｕｌｕｓｏｆｅ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