本發明屬于FRP構件連接
技術領域：
，具體涉及一種FRP構件連接專用雙桿大帽螺栓。
背景技術：
：纖維增強復合材料(FiberReinforcedPolymer,簡稱FRP)是由纖維材料(碳纖維、玻璃纖維等)和基體材料(不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂等)按照一定比例混合后經過特別模具擠壓、拉拔而形成的高性能型材料。FRP的抗拉強度明顯高于鋼筋,與高強鋼絲抗拉強度差不多,一般是鋼筋的2倍甚至達10倍。與此同時，FRP的比強度很高，即通常所說的輕質高強，因此采用FRP材料可有效減輕結構自重，其重量一般為鋼材的20％。在耐久性和耐腐蝕性方面，FRP材料的性能同樣優越。FRP以其優異的力學性能和適應現代工程結構向大跨、高聳、重載、輕質發展的需求，正在被廣泛應用于橋梁工程、各類民用建筑、大跨空間結構、地下工程中，是現在各國優先發展的戰略性非金屬結構材料。在航空航天領域復合材料的破壞中70％發生在連接部位，連接部位對復合材料結構的整體性有重要影響，在土木工程纖維增強復合材料的應用中也遇到了同樣的問題。土木工程中所用的主要為拉擠成型復合材料，其主要采用螺栓連接的方式進行連接，但是對于FRP型材來說，由于FRP材料多為各向異性材料，沿纖維鋪層方向上的強度和彈性模量較高，垂直與纖維鋪層方向上的強度和彈性模量都很低，所以其抗剪能力較差，同時FRP材料中的層和復合材料之間的層間剪切強度、拉伸強度都較低，因此，當發生破壞時，破壞模式與FRP材料的幾何尺寸和纖維鋪層有重要的關系。若采用普通的螺栓連接由于需要直徑較大的螺栓，這樣不僅會切斷FRP材料中的纖維，使構件的整體強度減弱，而且會造成構件之間傳力不均，形成應力集中，容易造成脆性破壞。從目前國內外的研究狀況來看，針對傳統螺栓連接開孔導致FRP材料中纖維間斷，局部出現應力集中的問題還沒有出現有效的應對方法，阻礙了FRP型結構的發展。技術實現要素：本發明目的是為解決上述現有技術中存在的問題而提出了一種FRP構件連接專用雙桿大帽螺栓，本發明為解決上述問題所采取的技術方案是：一種FRP構件連接專用雙桿大帽螺栓，包括栓帽、左螺桿、右螺桿和墊板，所述左螺桿和右螺桿的頂部并排固定在栓帽上，所述栓帽、左螺桿和右螺桿一體成型且左螺桿和右螺桿的直徑相等，所述栓帽的橫截面積是左螺桿的橫截面積的2至10倍，在墊板上設有與左螺桿和右螺桿相配合的穿孔，所述墊板通過穿孔套設在左螺桿和右螺桿上，在左螺桿上配有左螺母，在右螺桿上配有右螺母。優選的，所述左螺桿和右螺桿均由光桿段和螺紋段組成，所述光桿段位于螺紋段上部。優選的，所述左螺桿和右螺桿的螺紋旋轉方向相反。本發明所具有的有益效果為：(1)由于采用左螺桿和右螺桿雙螺桿，大大減小了在FRP構件中單個開孔的直徑，從而減小了對FRP材料中纖維的切斷；同時由于栓帽和墊板的面積較大，從而使得FRP構件中開孔處的應力得到了一定程度上的分散，避免了局部出現應力集中現象的發生。(2)與普通螺栓如10.9級，M＝20級的螺栓相比，螺桿數量增多且直徑變小、栓帽橫截面積變大且厚度變薄，本雙桿大帽螺栓的整體用材與相對應的普通螺栓的用材相同，在不增加成本的前提下，適應了FRP構件連接專用雙桿大帽螺栓的制作；(3)與傳統的單桿螺栓相比，雙桿大帽螺栓在安裝時，在外荷載作用下不易發生松動和脫落，連接緊密，特別是左螺桿和右螺桿的螺紋旋轉方向相反的情況進一步防止了脫落現象的發生。(4)由于栓帽和墊板相對于傳統的螺栓面積大，增大了與FRP構件的接觸面積，提高了連接的承載力，避免了連接處發生極限破壞和FRP構件開孔兩側發生維方向的剪切破壞，使連接點受力更加合理，適用于各種受力構件。(5)由于較大面積墊板的使用，使得兩個FRP構件連接更加緊密，在重復合載作用下，不易發生松動和疲勞破壞，同時，在安裝和維護過程中便于拆卸和反復利用。附圖說明圖1為本發明的結構示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為墊板的結構示意圖；圖4為本發明的使用狀態圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明進一步描述。如圖1，圖2和圖3所示，本發明包括栓帽3、左螺桿2、右螺桿4和墊板5，所述左螺桿2和右螺桿4的頂部并排固定在栓帽3上，所述栓帽3、左螺桿2和右螺桿4可以為一體成型制作，左螺桿2和右螺桿4的直徑相等，所述栓帽3的橫截面積是左螺桿2的橫截面積的2至10倍，在墊板5上設有與左螺桿2和右螺桿4相配合的穿孔7，所述墊板5通過穿孔6套設在左螺桿2和右螺桿4上，在左螺桿2上配有左螺母1，在右螺桿4上配有右螺母6。為了保證左螺桿2和右螺桿4與FRP構件更好地接觸，所述左螺桿2和右螺桿4均由光桿段和螺紋段組成，所述光桿段位于螺紋段上部，使用時保證光滑段位于FRP構件穿孔內，這樣同時也避免了當FRP構件發生剪切力時對螺紋的創傷而影響螺母1,6的安裝。在使用過程中為了防止雙桿大帽螺栓松動，所述左螺桿2和右螺桿4的螺紋旋轉方向相反。如圖4所示，本發明在使用時，首先在兩個FRP構件9,11上制作出與左螺桿2和右螺桿4向配合的光滑孔，將左螺桿2和右螺桿4自上而下穿過兩個FRP構件9,11的光滑孔，然后將墊板5套在左螺桿2和右螺桿4上緊貼FRP構件的底部，最后旋緊左螺母1和右螺母6即可。為了使得連接更加穩固，一般使用兩個雙桿大帽螺栓8,10并排對兩個FRP構件9,11進行連接加固。雙桿大帽螺栓的截面尺寸應根據所需要具體計算確定。下面給出一具體算例，算例中普通螺栓和雙桿大帽螺栓兩者的用鋼量基本相同。普通螺栓采用10.9級，M＝20的高強度摩擦型螺栓配套使用的栓接結構用1型大六角螺母；雙桿大帽螺栓的栓帽3兩端的半圓部分半徑如表1所示，下表中為便于比較，栓帽3的長方體部分選取固定長度為70mm(如可以用長×寬×厚：70mm×12mm×6mm)，栓帽3的長方體部分的長度隨對比普通螺栓尺寸的變化而變化，雙桿大帽螺栓的墊板5兩端的半圓部分的半徑與栓帽3兩端的半圓部分相同，為了描述方便，所述左螺桿2和右螺桿4的尺寸相同且與對比普通螺栓螺桿的長度相等，因此統稱為螺桿；普通螺栓和雙桿大帽螺栓的尺寸參數對比如表1所示：表1FRP構件連接專用雙桿大帽螺栓規格(以10.9級，M＝20的高強度摩擦型螺栓為基準)在螺栓連接構件的分析中通常采用的是細化的實體有限元模型，因此選取了如下幾種單元：空間八節點SOLID45實體單元，預應力單元Prets179，目標單元Targe170和接觸單元Contact174單元。SOLID45單元被用于三維的實體模型，有八個節點，每個節點有三個自由度：X、Y、Z方向的位移。這種單元能夠施加溫度荷載，具有塑性、延性、應力硬化、大變形、大應變的性能。雙桿大帽螺栓的預拉力可使用ANSYS中的預拉力單元Prets179來施加。計算結果如下表所示：類型有限元結果(KN)普通螺栓236.743雙桿大帽螺栓307.251從上述算例結果可見，在用鋼量基本相同的情況下，本發明的雙桿大帽螺栓具有高的強度和承載力；與傳統的螺栓相比，螺桿半徑較小，栓帽較大，可以大大減小FRP構件的開孔直徑，從而減小對FRP材料中纖維的切斷，從而使得FRP構件中開孔處的應力得到了一定程度上的分散，避免了局部出現應力集中現象的發生。本發明的結構形式是成立的，結構布置科學合理，受力性能優良，是切實可行的。最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁1 2 3