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樹脂基復(fù)合材料連接技術(shù)研究現(xiàn)狀及在橋梁工程中的應(yīng)用和發(fā)展

2010年3月

樹脂基復(fù)合材料連接技術(shù)研究現(xiàn)狀及在橋梁工程中的應(yīng)用和發(fā)展

馬　毓

1,2

,趙啟林,江克斌

11

402551)

(11解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院,江蘇南京210007;2177126部隊(duì),重慶

摘要:為促進(jìn)樹脂基復(fù)合材料連接技術(shù)的發(fā)展及其在橋梁工程中的應(yīng)用,本文從連接接頭形式、接頭制作工藝、接頭傳力特點(diǎn)和承載力影響因素等多個(gè)方面歸納總結(jié)了樹脂基復(fù)合材料連接技術(shù)的研究成果,分析了其在橋梁工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn),認(rèn)為連接技術(shù)是制約樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在橋梁工程中應(yīng)用的瓶頸問題之一。根據(jù)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),借鑒航空工業(yè)中廣泛應(yīng)用的復(fù)合材料耳片接頭、多向承插接頭及復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)整體成型工藝等研究成果,提出了解決橋梁工程中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接問題的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞:橋梁工程;復(fù)合材料;連接技術(shù);接頭

中圖分類號(hào):TB332;TU27917+2　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　　文章編號(hào):1003-0999(2010)02-0078-05

　　樹脂基復(fù)合材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)、良好的抗疲勞、抗腐蝕性能以及材料性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域

[1,2]

結(jié)構(gòu)不同的纖維走向、,甚至于不同,11111　膠連接的接頭形式

型,盡量不用或少用連接,、,越高。復(fù)合材料連接技術(shù)要考慮接頭形式、承載能力、疲勞壽命和制造工藝等一系列問題,是復(fù)合材料應(yīng)用研究的一個(gè)難點(diǎn)。

現(xiàn)代復(fù)合材料最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,因此連接技術(shù)的發(fā)展最早也是基于航空航天結(jié)構(gòu)的需要,而后再向其它各領(lǐng)域擴(kuò)展。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有70%以上的破壞是發(fā)生在連接部位,連接技術(shù)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體性能有重要影響

[2]

膠連接是用膠黏劑將構(gòu)件粘接成不可拆卸的整體,接頭類型可分為搭接、斜接和對(duì)接3類,見圖1。膠連接抗剪能力較強(qiáng),但抗剝離能力較差,設(shè)計(jì)中接頭處應(yīng)以受剪為主,盡量避免承受彎矩等引起的剝離力,對(duì)不可避免的剝離作用,可在局部采用鉚釘或螺栓加強(qiáng)。

。

本文介紹了復(fù)合材料連接技術(shù)的研究現(xiàn)狀,分析了其在橋梁工程中的應(yīng)用和發(fā)展,并針對(duì)相關(guān)問題提出了建議。

1　復(fù)合材料連接技術(shù)

樹脂基復(fù)合材料連接技術(shù)主要可分為膠連接和機(jī)械連接兩類。膠連接和機(jī)械連接組合使用為混合連接,混合連接主要由膠層承受荷載,增加機(jī)械連接是從破損安全角度考慮,一般分擔(dān)荷載很小,只有在膠層破壞時(shí)才發(fā)揮作用。某些復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中使用了專用連接接頭,如航天器桁架結(jié)構(gòu)的多向連接接頭、飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的耳片承力接頭、復(fù)合材料自行車車架上的合金鋼接頭等,這些接頭盡管使用了與主體

圖1　膠連接接頭基本類型

Fig11　Basictypesofbondingjoint

膠接接頭必須進(jìn)行表面處理以增加膠黏劑與材料表面的粘接力,處理工藝一般為機(jī)械打磨和有機(jī)溶劑清洗。試驗(yàn)證明,膠接時(shí)表面纖維方向最好與荷載方向一致,避免與荷載方向垂直,以免發(fā)生層間剝離破壞;另外,涂膠量也會(huì)影響膠接效果,涂膠不足引起局部缺膠,但是隨著膠層增厚,膠層內(nèi)部缺陷及溫度和固化引起的內(nèi)應(yīng)力影響也增大,從而造成強(qiáng)度損失。實(shí)際使用中為獲得性能平衡,膠層厚度

收稿日期:2009204217

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50608069)

作者簡介:馬毓(19812),男,博士,主要從事樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的研究。

FRP/CM　2010.No.2

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