齒連線

材料傳統連線方式有螺栓連線、膠連線和膠螺混合連線等幾種形式。但傳統的連線方式 連線效率不高。齒連線是將受壓構件的端頭做成齒榫，抵承在另一構件的齒槽內以傳遞壓力的一種連線方式。齒槽除承受壓桿的壓力外，並在槽底平面上承受順紋方向的剪力。分單齒連線和雙齒連線。

基本介紹

• 中文名：齒連線
• 外文名：notch and tooth joint
• 例子：複合材料齒連線
• 例子：木材料齒連線
• 組成：內、外金屬套筒
• 組成：複合材料管端頭

複合材料齒連線的組成

預緊力齒連線接頭主要由內、外金屬套筒以及中間複合材料管端頭三部分組成。

複合材料齒連線的破壞模式及傳力機理

預緊力齒連線接頭主要由內、外金屬套筒以及中間複合材料管端頭三部分組成。其外金屬套筒內壁與複合材料管外壁製備有相互咬 合的齒與齒槽 ，外荷載通過外金屬 套筒傳遞到複合材料管上。內金屬套筒主要是在預 緊力施加過程中起約束複合材料不發生徑向壓潰破 壞、確保外金屬套筒內壁與複合材料管外壁界面上 形成一定大小徑向壓應力的作用。

破壞模式

通過板狀接頭的模擬實驗發現，複合材料單齒接頭隨齒深度與長度等變化，會出現三種破壞模 式: 在金屬齒與複合材料齒均較長、齒深較小的情況 下，出現複合材料齒端部先壓潰、後剪下的破壞模式即接觸端金屬剪壞，接頭荷載位移曲線有顯著的塑性 平台區，破壞為塑性破壞; 在金屬齒與複合材料齒均 較長、齒深度較大的情況下，複合材料齒端部無肉眼 可見壓潰時，沿齒根部水平面出現剪下破壞即復材尺端剪壞 ，荷載隨位移單調增加，破壞突然發生; 金屬齒長度較小時，複合材料齒承載力大於金屬齒承 載力，金屬齒出現彎切破壞即復材尺端剪壓破壞。

傳力機理

在齒長一定時， 隨著齒深度增加，接頭破壞由壓潰破壞轉變為剪下 破壞，承載力增加，但是達到一定值後，隨齒深度增 加反而減小; 在齒深一定，承載隨齒長增加而增加， 增加到一定值後基本不變; 承載力隨預緊力增加基 本呈現線性增加的趨勢;複合材料預緊力齒是通過金屬、複合材料齒 相互咬合以及界面摩擦共同傳遞荷載; 載入初期主 要為界面的摩擦傳力，載入中期為複合材料齒與金 屬齒端部緊密接觸，界面摩擦與複合材料齒的端部 承壓共同傳力; 最後複合材料齒髮生剪下破壞，發生 滑移。通過已經完成的實驗發現，在 極限狀態下複合材料齒根部水平抗剪傳遞的荷載達 到了接頭總荷載的 70%以上，是接頭傳遞荷載的主導因素。

預緊力齒連線技術的套用

複合材料預緊力齒連線具有連線效率高、適合大承載複合材料構件連線的優點，在複合材料構件 預先製備了金屬接頭後，複合材料構件與構件的連 接變成金屬材料的焊接或螺栓連線，因而可以做成 各種平面與空間的結點形式，適合複雜結構設計與 製造。

裝備式公路鋼橋是一種我國廣泛使用的拼裝式橋樑結構，由於其模組化運輸與拼裝、適合人工架設 等特點，在各種橋樑搶修場合得到了大量套用。但 其單個構件過重一直是導致其架設速度較慢的一個 重要因素。為此，一種複合材料桁架片被研製，期望 能夠替換傳統的鋼桁架片。在該複合材料桁架片 中，複合材料管兩頭就採用了預緊力齒連線技術預 先製備好鋼製接頭，而後通過焊接或螺栓進行桿件 之間的連線。複合材料桁架片的整體幾何尺寸與現 有裝配式公路鋼橋相同，重量為 160kg，僅為鋼桁架 片重量的 60%。架設了 12m 單排單層型桁架橋，用 複合材料桁架片替換了其中一片鋼桁架片。對其進行靜載試驗，證明其滿足設計要求，並對桁架結構長期撓度變化展開研究，證明了複合 材料桁架結構長期力學性較為穩定。

預緊力齒連線技術的展望

由於預緊力齒連線技術是一種對管狀複合材料構件特別適合的高效連線技術，而採用管狀構件的 空間桁架在大跨度橋樑、體育場館中有廣泛套用，因 此可以預測該技術將有較為廣闊的套用前景，但是 作為一種成熟技術能得到推廣套用，還有以下問題 需要得到解決:
( 1) 複合材料齒連線接頭有三種破壞模式，目 前僅僅定性了解破壞模式、承載力與齒深、齒長以及 預緊力等因素的相互關係，對哪種破壞模式更適合 複合材料結構，如何進行破壞模式判別以及預緊力 施加控制標準等均缺乏深入的研究;
( 2) 基本搞清了接頭的傳力機理，基於實測與 彈性假定建立了內力多齒分配的彈性解以及單齒承 載力計算的特徵曲線法。但是，現有設計計算方法 對摩擦阻力在接頭承載力中貢獻沒有予以充分考 慮，也沒有體現在荷載不同階段，齒的內力分配不斷 變化的客觀特徵，因此還需要深化機理與理論研究，
建立更符合客觀事實的計算方法;
( 3) 如果需要將該技術套用到大跨度橋樑等結構上，不得不考慮自重長期荷載作用下的蠕變問題 以及車輛等周期荷載作用下的疲勞問題，因此對接 頭的蠕變與疲勞等長期力學性能的研究將成為工程 套用另外一個關鍵方向;
( 4) 建立成熟的製備標準。複合材料具有脆性 特徵，對於局部應力集中現象較為敏感，製作過程中 的誤差與損傷均會導致承載力與破壞形式產生較大變化，因此應該加快建立一套完整的、預緊力齒連線 接頭的製備標準，控制製作誤差導致的承載力離散 型，以滿足該技術在工程套用中的需求。