[发明专利]一种复合材料泡沫夹芯杆

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料泡沫夹芯杆，属于新材料结构领域，可应用于建筑、航空航天、桥梁工程等领域的杆系结构中。 

背景技术

以轴向受力为主的杆系结构广泛应用在建筑工程、航空航天、机械工程等领域的大跨度结构中，如桁架、网架及网壳等。通常这类结构由钢管制成，具有结构坚固、焊接性好、刚度大等优点，但也有自重大、易腐蚀等缺点。而纤维增强树脂基(Fibre-Reinforced Polymer,FRP)复合材料管，尤其是碳纤维复合材料管(CarbonFibre-Reinforced Polymer,CFRP)具有强度高、自重小、耐腐蚀等优点，可用于超大跨度或对重量有严格要求的杆系结构。 

但是，当碳纤维复合材料管承受轴向拉伸与压缩载荷时，由于复合材料在厚度和垂直于纤维方向易被破坏，碳纤维受力只有理论承载能力的1/3，过早出现了管端部分层破坏或管壁局部失稳破坏，使得碳纤维的高强度性能没有得到充分利用。 

因此，本发明旨在提供一种设计构造简单、自重小、能够解决复合材料管承受拉仲或压缩载荷时过早出现端部分层破坏和局部失稳问题、提高复合材料管的承载能力的结构。 

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种设计构造简单的杆系结构，当该结构受拉仲或压缩载荷时，能够解决传统复合材料管过早出现端部分层破坏以及局部失稳问题，提高复合材料管的承载能力。 

为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料泡沫夹芯杆，包括: 

复合材料管； 

泡沫填充物，所述泡沫填充物置于所述复合材料管内； 

连接筒，所述连接筒固定在所述复合材料管的端部内； 

螺栓杆，所述螺栓杆与所述连接筒通过螺纹连接； 

螺母，所述螺母与所述螺栓杆通过螺纹连接； 

承压板，所述承压板通过所述螺母与所述螺栓杆的螺纹连接紧固于所述复合材料管的端面上； 

至少两个楔片式箍套，所述楔片式箍套由变内径圆筒与四片或更多楔片组成，通过将所述楔片楔入所述变内径圆筒与所述复合材料管之间的间隙中，将所述变内径圆筒紧固于所述复合材料管端部外侧。 

较佳地，所述复合材料管由连续碳纤维铺层与树脂基体组成。 

较佳地，所述复合材料管沿管壁厚度方向有多个铺层，其中至少一个铺层的纤维沿轴向布置，最内侧铺层的纤维方向与周向夹角大于0度。 

较佳地，其中所述泡沫填充物由闭孔泡沫构成。 

较佳地，所述泡沫填充物为直径与所述复合材料管内径相同的芯棒。 

较佳地，所述连接筒通过胶接接头固定在复合材料管端部内。 

较佳地，所述连接筒端头斜削，最小斜度为1/10。 

较佳地，所述连接筒与所述承压板之间有一间隙。 

较佳地，所述承压板与所述复合材料管端面完全接触。 

较佳地，所述变内径圆筒厚度变化与所述楔片相同。 

本发明中泡沫填充物对复合材料管壁起支撑作用，抑制复合材料管受压局部失稳，复合材料管端的楔片式箍套可以抑制复合材料管受压时端部分层破坏，有效提高空心复合材料管在轴力作用下的承载力，充分发挥纤维纵向强度高的性能。本发明在承受拉仲载荷时，螺栓杆将拉力传给连接筒，连接筒传给复合材料管。在承受压缩载荷时，螺栓杆将压力传给承压板，承压板传给复合材料管。由此可知，拉力和压力传递路径分开，设计构造简单，传力路径明确，有助于降低复合材料管受力破坏的概率，且螺栓杆容易与其它杆件或节点连接。 

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。 

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构图。 

图2是本发明的一个较佳实施例中的连接筒的结构图。 

图3是本发明的一个较佳实施例中的连接筒的左侧视图。 

图4是本发明的一个较佳实施例中的楔片式箍套的结构图。 

图5是本发明的一个较佳实施例中的楔片式箍套的左侧视图。 

图6是本发明的一个较佳实施例中的楔片的示意图。 

图7是本发明的一个较佳实施例中的变内径圆筒的结构图。 

图8是本发明的一个较佳实施例中的变内径圆筒的左侧视图。 

具体实施方式

本发明是一种复合材料泡沫夹芯杆。