树脂基复合材料连接技术研究现状及在桥梁工程中的应用和发展
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资 料 收 集
树 脂 基 复合 材 料连 接 技术 研 究现 状 及在 桥 梁 工程 中的应 用 和发 展
马 毓 ，赵 启林 ，江 克斌
４２５ ） ０５ １
（ ．解放军理工大学工程兵工程学 院，江苏南京 ２ ０ ０ ； ． ７ ２ １ １０ ７ ２ ７ １６部队 ，重庆
摘要 ：为促进树 脂基 复合材料连接技 术的发展及其在桥 梁工程 中的应 用， 本文从连接接 头形式、 头制作工 艺、 头传 力 接 接 特 点和承载力影响因素等多个方面归纳总结 了树 脂基 复合 材料 连接技 术的研 究成果 ， 分析 了其在桥梁工程 中的应 用现状及特 点， 认为连接技术是制约树脂基复合材料结构在桥 梁工程 中应 用的瓶颈 问题之 一。根据树脂基 复合材料 结构 的特点 ， 借鉴航 空工业 中广泛应用的复合材料耳片接 头、 多向承插接 头及复合材料 桁 架结构 整体成型 工艺等研 究成 果， 出了解 决桥 梁 工程 提
１ 复合材料 连接技术
树脂 基 复合材 料连接 技术 主要 可分 为胶 连 接 和 机 械连 接两类 。胶 连接 和机 械连接 组合 使 用 为混合 连 接 ， 合连 接主 要 由胶 层 承受荷 载 ， 加 机 械连 接 混 增
图 １ 胶 连 接 接 头 基 本 类 型 Ｆｇ１ Ｂ ｓ ｙｅ ｆ ｏ ｄ ｇ ｏ ｔ ｉ ａｉ ｔｐｓ ｎ ｉ ｉ ． ｃ ｏ ｂ ｎ ｊｎ
树脂 基复合 材料 因其 轻质 高强 、 良好 的抗疲 劳 、
架上 的合金 钢 接 头等 ， 些 接 头 尽 管使 用 了 与 主体 这
抗腐蚀性能以及材料性能可设计等优点 ， 广泛应用 于各 个 领 域 ０ 。复 合 材 料 结 构 设 计 力 求 整 体 成 Ｊ
型， 尽量 不用 或少 用 连 接 ， 是 由于模 具 尺寸 、 工 但 加 设备 等 限制及 使 用 需 要 ， 接 不 可避 免 。 同时 由于 连 复合 材料 使用 的 日益 广泛 ， 对其 连 接 的 要 求 也越 来 越 高 。复合材 料 连 接技 术 要 考 虑 接 头形 式 、 载 能 承 力 、 劳寿命 和制 造工艺 等 一系列 问题 ， 复合 材 料 疲 是
胶连接使用广泛 ， 其实质是在构件连接处贴合 相连 ， 依靠接触面上的胶黏剂传递构件间力的作用。
如果 搭 接接 头受 力恰 好 作 用 在 胶 缝平 面上 ， 则
基金项 目：国家 自 然科学基金资助项 目 （０ ０ ０ ９ ５ ６８ ６ ） 作者简介 ：马毓 （９ １ ），男，博士 ，主要从事树脂基复合材料结构应用方面的研究。 １８ ．
（ 文章来源 ： 刊２ ｌ 本 ０ ０年第 ２ ） ； １
资 料 收 集
及 温度 和 固化 引起 的 内应 力 影 响 也 增 大 ， 而 造 成 从 强 度损 失 。实 际使 用 中为 获 得 性 能 平 衡 ， 层 厚 度 胶
应用研 究 的一个 难点 。
结构不同的纤维走向、 设计与制备工艺 ， 甚至于不同 的材料 ， 但最终是靠胶接或机械连接使 结构连成整
体。
１ １ 胶连 接 ．
１ １ １ 胶连 接接 头形 式 ．．
胶连接是用胶黏剂将构件粘接成不可拆卸 的整
体， 接头 类 型可 分 为搭 接 、 斜接 和对 接 ３类 ， 图 １ 见 。 胶 连接抗 剪能 力较 强 ， 抗剥 离能 力较 差 ， 但 设计 中接 头 处应 以受剪 为 主 ， 量 避 免 承 受弯 矩 等 引 起 的剥 尽
一
般控 制在 ００ ０ １ｍｍ之 间为宜 Ｊ ． ３— ．５ 。
（ ）搭接 ａ
（ ）对接 ｂ
１ １２ 胶 连 接特 点 ．．
图 ２ 机 械 连 接 接 头 基 本 类 型 Ｆｇ２ Ｂ ｓ ｐ ｓ ｆ ｅｈｎ ａｙｆ ｔ ｅ ｉｔ ｉ ａｉ ｔ ｅ ｏ ｃａｉ ｌ ｓ ｎｄｊ ｎ ． ｃｙ ｍ ｃ ｌ ａｅ ｏ
现代复合材料最早应用 于航空航天领域 ， 因此
连 接技 术 的发 展 最 早 也 是 基 于 航 空 航 天 结 构 的 需 要 ， 后再 向其 它各领 域扩 展 。据 文献 报 道 ， 而 飞行 器 复合材 料结 构 有 ７ ％ 以 上 的 破 坏 是 发 生 在 连 接 部 ０
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
离力 ， 对不可避免的剥离作用 ， 可在局部采用铆钉或
是从破损安全角度考虑 ， 一般分担荷载很小 ， 只有在 胶层破坏时才发挥作用 。某些复合材料结构中使用
了专用 连接 接 头 ， 如航 天 器 桁 架 结构 的多 向连 接 接 头 ， 机结 构 中的耳 片承力 接头 ， 飞 复合 材料 自行 车车
收 稿 Ｈ期 ：２０ ￣４１ ０９ —７
足引起局部缺胶 ， 但是随着胶层增厚 ， 胶层 内部缺陷
胶接 接头 必须进 行表 面处 理 以增加 胶 黏剂 与 材
料 表面 的粘接 力 ， 理 工 艺 一 般 为机 械 打 磨 和 有 机 处 溶剂 清 洗 。试 验 证 明 ， 接 时表 面纤 维 方 向最 好 与 胶 荷 载方 向一致 ， 避免 与荷 载方 向垂 直 ， 以免 发 生层 间 剥 离破 坏 ； 外 ， 胶量 也 会 影 响 胶 接 效 果 ， 胶 不 另 涂 涂
中复 合 材 料 结 构 连接 问题 的技 术 方 案 。
关键词 ：桥 梁工程 ；复合材料 ；连接技 术 ；接 头 中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｕ ７ ． ２ Ｂ ３ ；Ｔ ２ ９ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ０９ （００Ｊ２— ０ ８— ５ ０ ３— ９ ９ ２ １ ０ ０ ７ ０
螺 栓加 强 。
位， 连接 技术 对复合材 料结构 整体性 能有重 要影
响 。
（ ）单搭接 ａ
本 文介绍 了复 合 材 料 连 接技 术 的研 究 现 状 ， 分 析 了其 在桥梁 工 程 中的应 用 和 发展 ， 针对 相关 问 并
题提 出 了建议 。
（ ）斜接 ｂ
（ ｃ）对 接
树 脂 基 复合 材 料连 接 技术 研 究现 状 及在 桥 梁 工程 中的应 用 和发 展
马 毓 ，赵 启林 ，江 克斌
４２５ ） ０５ １
（ ．解放军理工大学工程兵工程学 院，江苏南京 ２ ０ ０ ； ． ７ ２ １ １０ ７ ２ ７ １６部队 ，重庆
摘要 ：为促进树 脂基 复合材料连接技 术的发展及其在桥 梁工程 中的应 用， 本文从连接接 头形式、 头制作工 艺、 头传 力 接 接 特 点和承载力影响因素等多个方面归纳总结 了树 脂基 复合 材料 连接技 术的研 究成果 ， 分析 了其在桥梁工程 中的应 用现状及特 点， 认为连接技术是制约树脂基复合材料结构在桥 梁工程 中应 用的瓶颈 问题之 一。根据树脂基 复合材料 结构 的特点 ， 借鉴航 空工业 中广泛应用的复合材料耳片接 头、 多向承插接 头及复合材料 桁 架结构 整体成型 工艺等研 究成 果， 出了解 决桥 梁 工程 提
１ 复合材料 连接技术
树脂 基 复合材 料连接 技术 主要 可分 为胶 连 接 和 机 械连 接两类 。胶 连接 和机 械连接 组合 使 用 为混合 连 接 ， 合连 接主 要 由胶 层 承受荷 载 ， 加 机 械连 接 混 增
图 １ 胶 连 接 接 头 基 本 类 型 Ｆｇ１ Ｂ ｓ ｙｅ ｆ ｏ ｄ ｇ ｏ ｔ ｉ ａｉ ｔｐｓ ｎ ｉ ｉ ． ｃ ｏ ｂ ｎ ｊｎ
树脂 基复合 材料 因其 轻质 高强 、 良好 的抗疲 劳 、
架上 的合金 钢 接 头等 ， 些 接 头 尽 管使 用 了 与 主体 这
抗腐蚀性能以及材料性能可设计等优点 ， 广泛应用 于各 个 领 域 ０ 。复 合 材 料 结 构 设 计 力 求 整 体 成 Ｊ
型， 尽量 不用 或少 用 连 接 ， 是 由于模 具 尺寸 、 工 但 加 设备 等 限制及 使 用 需 要 ， 接 不 可避 免 。 同时 由于 连 复合 材料 使用 的 日益 广泛 ， 对其 连 接 的 要 求 也越 来 越 高 。复合材 料 连 接技 术 要 考 虑 接 头形 式 、 载 能 承 力 、 劳寿命 和制 造工艺 等 一系列 问题 ， 复合 材 料 疲 是
胶连接使用广泛 ， 其实质是在构件连接处贴合 相连 ， 依靠接触面上的胶黏剂传递构件间力的作用。
如果 搭 接接 头受 力恰 好 作 用 在 胶 缝平 面上 ， 则
基金项 目：国家 自 然科学基金资助项 目 （０ ０ ０ ９ ５ ６８ ６ ） 作者简介 ：马毓 （９ １ ），男，博士 ，主要从事树脂基复合材料结构应用方面的研究。 １８ ．
（ 文章来源 ： 刊２ ｌ 本 ０ ０年第 ２ ） ； １
资 料 收 集
及 温度 和 固化 引起 的 内应 力 影 响 也 增 大 ， 而 造 成 从 强 度损 失 。实 际使 用 中为 获 得 性 能 平 衡 ， 层 厚 度 胶
应用研 究 的一个 难点 。
结构不同的纤维走向、 设计与制备工艺 ， 甚至于不同 的材料 ， 但最终是靠胶接或机械连接使 结构连成整
体。
１ １ 胶连 接 ．
１ １ １ 胶连 接接 头形 式 ．．
胶连接是用胶黏剂将构件粘接成不可拆卸 的整
体， 接头 类 型可 分 为搭 接 、 斜接 和对 接 ３类 ， 图 １ 见 。 胶 连接抗 剪能 力较 强 ， 抗剥 离能 力较 差 ， 但 设计 中接 头 处应 以受剪 为 主 ， 量 避 免 承 受弯 矩 等 引 起 的剥 尽
一
般控 制在 ００ ０ １ｍｍ之 间为宜 Ｊ ． ３— ．５ 。
（ ）搭接 ａ
（ ）对接 ｂ
１ １２ 胶 连 接特 点 ．．
图 ２ 机 械 连 接 接 头 基 本 类 型 Ｆｇ２ Ｂ ｓ ｐ ｓ ｆ ｅｈｎ ａｙｆ ｔ ｅ ｉｔ ｉ ａｉ ｔ ｅ ｏ ｃａｉ ｌ ｓ ｎｄｊ ｎ ． ｃｙ ｍ ｃ ｌ ａｅ ｏ
现代复合材料最早应用 于航空航天领域 ， 因此
连 接技 术 的发 展 最 早 也 是 基 于 航 空 航 天 结 构 的 需 要 ， 后再 向其 它各领 域扩 展 。据 文献 报 道 ， 而 飞行 器 复合材 料结 构 有 ７ ％ 以 上 的 破 坏 是 发 生 在 连 接 部 ０
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
离力 ， 对不可避免的剥离作用 ， 可在局部采用铆钉或
是从破损安全角度考虑 ， 一般分担荷载很小 ， 只有在 胶层破坏时才发挥作用 。某些复合材料结构中使用
了专用 连接 接 头 ， 如航 天 器 桁 架 结构 的多 向连 接 接 头 ， 机结 构 中的耳 片承力 接头 ， 飞 复合 材料 自行 车车
收 稿 Ｈ期 ：２０ ￣４１ ０９ —７
足引起局部缺胶 ， 但是随着胶层增厚 ， 胶层 内部缺陷
胶接 接头 必须进 行表 面处 理 以增加 胶 黏剂 与 材
料 表面 的粘接 力 ， 理 工 艺 一 般 为机 械 打 磨 和 有 机 处 溶剂 清 洗 。试 验 证 明 ， 接 时表 面纤 维 方 向最 好 与 胶 荷 载方 向一致 ， 避免 与荷 载方 向垂 直 ， 以免 发 生层 间 剥 离破 坏 ； 外 ， 胶量 也 会 影 响 胶 接 效 果 ， 胶 不 另 涂 涂
中复 合 材 料 结 构 连接 问题 的技 术 方 案 。
关键词 ：桥 梁工程 ；复合材料 ；连接技 术 ；接 头 中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｕ ７ ． ２ Ｂ ３ ；Ｔ ２ ９ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ０９ （００Ｊ２— ０ ８— ５ ０ ３— ９ ９ ２ １ ０ ０ ７ ０
螺 栓加 强 。
位， 连接 技术 对复合材 料结构 整体性 能有重 要影
响 。
（ ）单搭接 ａ
本 文介绍 了复 合 材 料 连 接技 术 的研 究 现 状 ， 分 析 了其 在桥梁 工 程 中的应 用 和 发展 ， 针对 相关 问 并
题提 出 了建议 。
（ ）斜接 ｂ
（ ｃ）对 接