[發(fā)明專利]一種格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107795149A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 陶杰;李峰;邵飛;王浩;朱銳杰;劉建邦;趙志波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: E04G25/00
• 分類號: E04G25/00;E04G25/02
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙)32251
• 代理人: 王華

技術領域

本發(fā)明屬于新材料新結構及組合結構領域，涉及一種適用于快速架設和搶修的支撐柱及其制備方法，具體的說是一種格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱及其制備方法。

背景技術

土木工程領域的應急式柱狀支撐構件常采用金屬材料制作而成，其自重較大，搬運與作業(yè)不方便，延長了架設時間，另外金屬材料易腐蝕，養(yǎng)護費用高，且影響了結構的正常使用與壽命。因此，采用新的材料開發(fā)設計出輕質高承載能力、易搬運架設、耐腐蝕的應急式支撐柱已經(jīng)迫在眉睫。

纖維增強樹脂基復合材料具有比強度高、比剛度大、耐腐蝕等優(yōu)勢，由其作為蒙皮，然后在兩蒙皮中間填充密度低、厚度大的泡沫芯層所制備而成的復合材料泡沫夾芯支撐柱具有輕質高強、耐腐蝕等優(yōu)勢。但由于泡沫芯層的剛度較低，對復合材料蒙皮的支撐能力弱，導致復合材料泡沫夾芯支撐柱在軸向受壓時蒙皮容易發(fā)生局部失穩(wěn)，同時泡沫芯層的剪切剛度低，復合材料泡沫夾芯支撐柱易發(fā)生整體剪切失穩(wěn)；另一方面，復合材料泡沫夾芯結構其蒙皮與芯層的結合強度一般較弱，容易出現(xiàn)面芯脫粘失效。以上缺陷導致復合材料泡沫夾芯支撐柱承載效率較低，無法滿足大承載要求。且目前復合材料泡沫夾芯支撐柱的制備工藝以手糊工藝和二次固化工藝為主，只能制作小尺寸構件，且面芯結合強度較低，性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱及其制備方法，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)泡沫夾芯柱局部穩(wěn)定性差、抗剪切能力低和蒙皮與芯層易脫粘的問題，提供一種在幾乎不提升結構自重的前提下，大幅度提升承載效率的格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱，同時提供一種成本低廉、性能穩(wěn)定、可制備大尺寸格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱的制備方法。

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供一種格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱，支撐柱主體包括圓柱筒形的復合材料內蒙皮和復合材料外蒙皮，復合材料內蒙皮和復合材料外蒙皮之間設置有泡沫板條，泡沫板條之間設有復合材料格構，復合材料格構等間隔分布在泡沫板條之間，并將復合材料內蒙皮和復合材料外蒙皮連接在一起；在支撐柱兩端設置有用于與頂部結構或與另一個相同支撐柱相連的支撐面連接法蘭；在外蒙皮的兩端設置有端部增強。

本發(fā)明進一步限定的技術方案是：

前述復合材料內蒙皮和復合材料外蒙皮均由纖維增強樹脂基復合材料構成，纖維增強樹脂基復合材料中的增強材料由玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的一種或多種，纖維增強樹脂基復合材料中的樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或多種。

前述泡沫板條的橫截面為等腰梯形結構，泡沫板條為PVC泡沫、PMI泡沫、PU泡沫或PEI泡沫的一種或多種。

前述復合材料格構為纖維增強樹脂基復合材料構成，纖維增強樹脂基復合材料中的增強材料由玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的一種或多種，纖維增強樹脂基復合材料中的樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或多種。

前述支撐面連接法蘭為纖維增強樹脂基復合材料構成，纖維增強樹脂基復合材料中的增強材料由玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的一種或多種，纖維增強樹脂基復合材料中的樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或多種；也可在支撐面連接法蘭內埋置鋼板以提高法蘭的剛度與強度。

前述支撐面連接法蘭為圓形面或環(huán)形面，其直徑大于支撐柱外徑。

前述端部包裹增強為纖維增強樹脂基復合材料構成，環(huán)向包裹在支撐柱外蒙皮的兩端；纖維增強樹脂基復合材料中的增強材料由玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的一種或多種，纖維增強樹脂基復合材料中的樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或多種。

前述支撐柱主體的內徑為100-1000mm，高度為500-4000mm；復合材料內蒙皮與復合材料外蒙皮的厚度相同或不同，厚度為2-10mm。

前述泡沫板條的厚度為10-100mm；復合材料格構的厚度為2-10mm。

進一步的，

本發(fā)明還提供了一種格構增強型復合材料泡沫夾芯支撐柱的制備方法，包括如下具體步驟：

（一）準備泡沫板條（2）：根據(jù)構件尺寸設計要求，預先將泡沫平板切割成橫截面為梯形的泡沫板條；

（二）纖維布包裹泡沫板條：在泡沫板條（2）外側包裹纖維布，并用纖維絲將纖維布固定好，備用；