一种通过螺栓胶接套管连接的扩孔型FRP结构梁柱节点的制作方法

本发明涉及土木建筑技术领域，更具体地说，涉及一种通过螺栓胶接套管连接的扩孔型frp结构梁柱节点。

背景技术：

纤维增强复合材料(简称frp)，现有cfrp、gfrp、afrp、bfrp等。frp复合材料是由纤维材料与基体材料(树脂)按一定的比例混合后形成的高性能型材料。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。

虽然目前frp研究大多集中在现有工程的修复，结构的抗震加固，桥面板的铺装等方面，但随着挤拉成型技术的商业化，拉挤成型frp(即pfrp)构件也越来越多在房屋建筑和桥梁工程中得到应用，在众多的住宅建筑结构中，装配式pfrp框架体系是一种新型的住宅结构体系，该体系以其工厂化生产、自重轻、施工周期短、施工污染环境少等诸多优点，越来越受到民众的青睐。梁柱节点是框架结构的关键部位，在地震作用下，最薄弱最容易受损的部位就是框架的梁柱节点，节点的破坏会导致整个框架结构失去承载力，因此，节点的力学性能决定了整个框架结构的抗震性能。

由于pfrp是一种线弹性材料，其本身耗能能力较低，往往导致节点脆性和pfrp框架过早破坏，使得框架的性能得不到充分发挥，制约了该体系的应用和发展，为了提高pfrp框架的抗震性能，需寻求一种合适的延性的pfrp框架节点，通过对pfrp框架节点进行合理的设计(例如通过组装的方法)将抗震能力从材料转移到构件及结构本身，即使pfrp材料具有脆弹性性能，也可以实现pfrp构件或结构的非线性耗能，为了满足这一需要，目前一些学者提出了一些新型节点形式，请参阅图1，其中(a)标准连接；(b)螺栓穿入连接；(c)钢连接；(d)角板加固连接；(e)近似袖口连接；(f)袖口连接，这些新型节点的研究思路基本一致，都是对节点进行合适的设计，使抗震性能从frp材料的脆弹性转移到构件或结构的配置上，通过钢端板和胶的变形进行非线性耗能，从而避免节点发生脆性破坏，达到“强节点弱构件”的抗震设计原则，根据连接处是否采用胶接，可将其分为两大类：一类是螺栓型节点，另一类是胶接螺栓型节点，虽然后一种节点在一定程度上延性有所提高，但延性性能远远不能满足罕遇地震的抗震需求。

利用摩擦型高强螺栓在长圆螺栓孔中的摩擦滑动提高节点延性是一种全新的研究思路，同济大学马人乐教授等人(马人乐，杨阳，陈桥生等.长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究[j].建筑结构学报,2009,30(1):101-106)将该思路应用于带悬臂梁段的钢结构梁柱刚接节点的钢梁拼接处，并申请了相关的专利(专利号：200820150748.x200810040509，3)。

用长圆孔变型性高强螺栓连接节点作为抗震延性节点,与一般的刚性连接节点相比,它具有如下显著优点:(1)延性转动能力大,塑性转角大于0.05rad；(2)转动能力在一定范围之内可以调控,只要控制长圆孔长轴即可；(3)延性转动后摩擦型高强螺栓群变成了承压型高强螺栓群,强度可有一定地提高,所以节点的极限承载能力亦可有一定地提高；(4)螺栓滑动变形后几乎不需要修复；(5)制作、安装简便,不同的仅开孔为长圆形。考虑到长圆孔的实际制作工艺要比一般圆孔复杂,建议使用专门的工具和工艺实现机械化生产,即可保证加工的精度,又节约了加工的成本，因此在半刚性螺栓连接的基础上发明一种具有更好延性和耗能能力的frp结构梁柱节点。

发明之内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种通过螺栓胶接套管连接的扩孔型frp结构梁柱节点，扩孔型frp结构梁柱节点具备很强的延性变形能力和良好的耗能能力，可防止罕遇地震作用下frp梁或frp柱在节点区发生脆性破坏。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种通过螺栓胶接套管连接的扩孔型frp结构梁柱节点，包括frp柱、frp梁、端板、套管、穿入螺栓、高强摩擦型螺栓和环氧树脂胶，所述端板设有一对，且一对端板分别连接于frp柱的左右两侧，所述frp柱的左右两侧和一对端板均开设有四对螺栓圆孔，所述穿入螺栓设有四对，且四对穿入螺栓分别螺纹连接于四对螺栓圆孔之间，所述套管焊接在一个端板的右端，所述套管插接于frp梁内，所述frp梁与套管之间通过环氧树脂胶和高强摩擦型螺栓连接，所述高强摩擦型螺栓设有多个，所述frp梁与套管的上下表面和侧表面均开设有多个长圆孔，且多个高强摩擦型螺栓分别螺纹连接于多个长圆孔之间，扩孔型frp结构梁柱节点具备很强的延性变形能力和良好的耗能能力，可防止罕遇地震作用下frp梁或frp柱在节点区发生脆性破坏。

进一步的，所述frp柱为方形空心frp柱，所述frp梁为方形空心frp梁。

进一步的，所述套管与端板之间采用坡口全熔透焊缝连接，且焊缝尺寸为5-10mm。

进一步的，所述套管的中轴线与frp梁的中轴线对准。

进一步的，所述frp梁与套管之间通过环氧树脂胶进行胶接，且frp梁与套管之间再通过高强摩擦型螺栓加固。

进一步的，所述长圆孔的初始状态为常规螺栓圆孔，其初始半径为r，对常规螺栓圆孔进行扩孔处理，扩孔长度为2r+d(d为高强摩擦型螺栓的直径)，其扩孔方向与frp梁的长度方向相互平行。

进一步的，所述通过frp梁上下表面的高强摩擦型螺栓与通过侧表面的高强摩擦型螺栓错开排列。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案中套管与frp梁通过高强摩擦型螺栓和环氧树脂胶连接，同时长圆孔进行扩孔处理，是本发明的核心所在。

(2)用于frp梁柱连接的胶接套管式节点是一种抗震性能比较好的新型节点，这种节点是把钢管作为套管插入frp型材中，钢管外面通过环氧树脂胶粘接和高强摩擦型螺栓连接而实现的梁柱节点，经研究发现这种节点的弯矩-转角曲线介于刚接和铰接之间，属半刚性节点，即梁柱间存在相对转动，既有较强的刚度，又由于采用端板和高强摩擦型螺栓连接而具有良好的延性和变形，因此是一种抗震性能比较好的节点形式。

(3)该新型frp结构梁柱节点可以通过frp梁的高强摩擦型螺栓在长圆螺栓孔中的摩擦滑动进行变形和耗能。

(4)由于使用了高强钢端板和高强螺栓，其抗弯、抗剪及抗拉能力均得到显著提升，该新型frp结构梁柱节点可以通过连接套管端板的屈服和高强摩擦型螺栓的摩擦滑动进一步提高节点的延性变形能力和耗能能力，因此该新型frp结构梁柱节点在罕遇地震作用下具有很强的延性变形能力和耗能能力。

(5)由于该frp梁柱节点在梁柱构件上均未出现焊接裂缝，因此也就避免了罕遇地震作用下frp梁柱在焊接部位发生脆性破坏的可能。

(6)通过组装的方式，使抗震能力从材料转移到整个节点，改善了frp结构梁柱节点的延性，避免了frp材料提前发生脆性破坏。

(7)由于采用组装方式，充分利用了各种材料的受力性能，有效地减小了节点的截面尺寸，使其形体变得更加纤细、美观。

(8)此外，该节点还具有施工方便震后修复工作简单快捷且修复成本低廉等优点。

附图说明

图1为本发明背景技术中的结构示意图；

图2为现有技术的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为图3的ⅰ-ⅰ剖视图；

图5为图3的ⅱ-ⅱ剖视图；

图6是图3的三维图；

图7为由常规螺栓圆孔扩成长圆孔的扩孔示意图；

图8为本发明的一种具体实例图。

图中标号说明：

1frp柱、2frp梁、3端板、4套管、5穿入螺栓、6高强摩擦型螺栓、7环氧树脂胶、8螺栓圆孔、9长圆孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“之间”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件之内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图3-8，一种通过螺栓胶接套管连接的扩孔型frp结构梁柱节点，包括frp柱1、frp梁2、端板3、套管4、穿入螺栓5、高强摩擦型螺栓6和环氧树脂胶7，frp柱1为方形空心frp柱，frp梁2为方形空心frp梁，端板3设有一对，且一对端板3分别连接于frp柱1的左右两侧，frp柱1的左右两侧和一对端板3均开设有四对螺栓圆孔8，穿入螺栓5设有四对，且四对穿入螺栓5分别螺纹连接于四对螺栓圆孔8之间，端板3通过穿入螺栓5与frp柱1进行连接，连接牢固；

套管4焊接在位于右侧的端板3的右端，套管4与端板3之间采用坡口全熔透焊缝连接，套管4插接于frp梁2内，套管4的中轴线与frp梁2的中轴线对准，frp梁2与套管4之间通过环氧树脂胶7和高强摩擦型螺栓6连接，frp梁2与套管4之间通过环氧树脂胶7进行胶接，且frp梁2与套管4之间再通过高强摩擦型螺栓6加固，套管4通过环氧树脂胶7粘接实现与frp梁2的连接，经研究发现这种节点的弯矩-转角曲线介于刚接和铰接之间，属半刚性节点，即梁柱间既可相对转动，又有较强的刚度。

高强摩擦型螺栓6设有多个，高强摩擦型螺栓6起良好的加固和耗能作用，frp梁2与套管4的上下表面和侧表面均开设有多个长圆孔9，且多个高强摩擦型螺栓6分别螺纹连接于多个长圆孔9之间，通过frp梁2上下表面的高强摩擦型螺栓6与通过侧表面的高强摩擦型螺栓6错开排列，长圆孔9的初始状态为常规螺栓圆孔，其初始半径为r，对常规螺栓圆孔进行扩孔处理，扩孔长度为2r+d(d为高强摩擦型螺栓6的直径)，其扩孔方向与frp梁2的长度方向相互平行，通过frp梁2上的高强摩擦型螺栓6在长圆孔9中的摩擦滑动进行变形和耗能，端板3为高强钢端板，穿入螺栓5和高强摩擦型螺栓6均为高强螺栓，其抗弯、抗剪及抗拉能力均得到显著提升，该新型frp结构梁柱节点在罕遇地震作用下具有很强的延性变形能力和耗能能力。

本发明的节点设计原则如下：

第一阶段：在常规设计荷载包括地震荷载、风荷载作用下，按最不利荷载组合设计值进行设计，该阶段必须保证frp梁2上的高强摩擦型螺栓6不发生滑移，frp柱1上的穿入螺栓5不超过承载力设计值。

第二阶段：按基于极限强度最小值的连接最大承载力进行验算，弯矩设计值取1.2mp(mp为frp梁的全塑性弯矩值)，剪力设计值取1.3(2mp/l)(l为frp梁的净跨度)，该阶段允许frp梁2上的高强摩擦型螺栓6发生滑移并且与长圆孔9的孔壁接触，但必须保证高强摩擦型螺栓6与长圆孔9的孔壁接触处的板件不发生破坏，保证frp柱1上的穿入螺栓5不发生破坏。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围之内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。