CN112847772A

CN112847772A - 一种圆管推出试验试件模具与试件制作方法

Info

Publication number: CN112847772A
Application number: CN202110207782.6A
Authority: CN
Inventors: 曾岚; 莫子永; 吴礼旗; 袁鸿; 徐昕; 黄世清; 范军委; 陆华强; 黎汶洋; 尹凌凤
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-05-28

Abstract

本发明公开了一种圆管推出试验试件模具与试件制作方法，包括底模板、外围模板、对中装置、圆管；所述底模板包括底板和塔筒，所述塔筒固定在所述底板的中心处；所述外围模板粘接固定在所述底板上，中心与塔筒的中心重合；所述对中装置包括套管、对中尺、定位件、固定夹；所述套管为中空圆筒形；套管四周设有对称的四个对中尺，每个对中尺的端部都设有定位件及固定夹，所述固定夹固定于定位件的下端；所述固定夹用于夹紧外围模板，所述定位件用于夹紧对中尺；所述圆管套入套管并放置在塔筒上，所述圆管与所述外围模板之间浇筑外层混凝土。本发明可以制备获得受力形式更均匀且合理的圆管形试件，能用于测试圆管与内外混凝土的界面性能。

Description

一种圆管推出试验试件模具与试件制作方法

技术领域

本发明涉及建筑结构实验技术领域，特别涉及一种圆管推出试验试件模具与试件制作方法。

背景技术

混凝土材料在FRP管(纤维增强复合材料管)和/或钢管的约束下，形成的新型组合构件表现出良好的力学和耐久性能，具有良好的发展应用前景。组合构件中，各组分材料充分发挥各自材料性能优势，但保证组合构件中不同组分的共同工作，具有良好的材料组分间良好的界面性能，是实现组合结构构件整体性能的关键。然而，由于FRP和钢材与混凝土材料的性能有显著差异，主要体现在材料强度、变形、表面硬度及粗糙度等方面，尤其是FRP与混凝土的剥离或滑移会导致结构产生过早的破坏，使得FRP无法充分发挥其对混凝土的加固和约束作用。因此研究FRP-混凝土界面的基本力学性能成为了组合构件中的关键问题。

FRP与混凝土界面性能试验主要通过正拉试验、剪切试验(包括单剪试验、双剪试验和推剪实验)、梁式弯拉试验测试。而对于管状材料约束混凝土的界面性能，由于拉出试验需要配备相应的夹具，因而试验中推出试验加载更加便捷，更易于在实验采用。然而，由于推出试验需要设计试件中两种不同材料形态高低差，并适应加载仪器加载端，因而其加载试件的设计和批量制作成为不小的问题，目前尚无高效便捷适用度高的界面推出性能试件制作模具。同时，目前大部分界面试验采用的试件截面形状为正方形或矩形，这样的形状导致混凝土受力不均匀，容易出现混凝土试块自由角端较大的三角形状块混凝土剥落，最终造成材料界面剪切数据不准确。为克服角部受力不均，需要采用圆形管与圆筒形混凝土作为试验对象。而且，目前FRP与混凝土界面性能的试验方法中FRP都外露在空气中，也就是FRP除了与混凝土接触的一面，另一面是不受约束的。这与FRP组合结构中FRP管内外均与混凝土接触的情况不同，因此也需要一种新的试件设计以测试混凝土内部FRP管与混凝土界面性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种圆管推出试验试件模具，可用于制备获得受力形式更均匀且合理的圆管形试件，能用于测试圆管与内外混凝土的界面性能。

本发明的另一个目的在于提供了一种试件制作方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种圆管推出试验试件模具，包括底模板、外围模板、对中装置、圆管；

所述底模板包括底板和塔筒，所述塔筒固定在所述底板的中心处；

所述外围模板粘接固定在所述底板上，中心与塔筒的中心重合；

所述对中装置包括套管、对中尺、定位件、固定夹；所述套管为中空圆筒形；套管四周设有对称的四个对中尺，每个对中尺的端部都设有定位件及固定夹，所述固定夹固定于定位件的下端；所述固定夹用于夹紧外围模板，所述定位件用于夹紧对中尺；

所述圆管套入套管并放置在塔筒上，所述圆管与所述外围模板之间浇筑外层混凝土。

进一步地，所述定位件包括自锁件、定位槽板，所述定位槽板形成定位凹槽，对中尺穿过定位凹槽，自锁件可转动安装在定位槽板上。

进一步地，所述固定夹包括第一夹板、第二夹板、固定杆、固定螺丝，第一夹板固定在定位件下端，第二夹板的顶端卡在定位件下端的滑动卡槽内，且在第二夹板一侧设有固定杆，所述固定杆设有螺孔，固定螺丝穿过螺孔并与第二夹板接触。

进一步地，所述第一夹板、第二夹板的内侧粘贴有尼龙板。

进一步地，所述塔筒包括顶板、多个筒环；每个筒环为圆筒状，下端设有多块对称设置的筒环榫头，与筒环榫头对应的上端位置处设有凹槽形状的卯眼；所述顶板下端设有与卯眼相对应的顶板榫头。

进一步地，所述底板上画有多个同心圆，在每个同心圆上设有与筒环榫头相对应的插槽。

进一步地，所述圆筒为采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或以上纤维组合的纤维沿环向或接近环向缠绕环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂基体制成的FRP管或钢管。

进一步地，所述圆筒内浇筑普通混凝土、高强混凝土、海水海砂混凝土、自适应混凝土或再生骨料混凝土。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种试件制作方法，包括如下步骤：

选取与圆管直径匹配的塔筒，将塔筒固定在底板上，用密封塞堵住底板上未使用的插槽；

选取大于圆管直径且匹配同心圆的外围模板放置并粘接在所述底板上，再将对中装置固定在所述外围模板上端；

在圆管外围粘贴应变片，将所述圆管套入所述对中装置的套管内，调整所述圆管的位置使其位于所述外围模板中心并固定；

在圆管与所述外围模板之间浇筑外层混凝土；

外层混凝土初凝后取下对中装置，24小时后将底模板脱模，并养护试件。

进一步地，将养护后的试件放置于压力试验机底板的中心处并连接应变片线路；圆管上端找平并与压力试验机顶面接触，试件外层混凝土下端找平，与压力试验机底面接触；压力试验机给予圆管竖直向下的压力，直至试件破坏。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、相较于矩形受力面，本发明采用的圆管受力形式更均匀且合理，同时也能测试位于混凝土中圆管与周边混凝土的界面性能，为组合构件提供一种新的测试不同组分间界面性能的试验方法；

2、由于FRP管独特的保护和隔绝作用，因此FRP管内可填充普通和高强混凝土、海水海砂混凝土、自适应混凝土或再生骨料混凝土而不受构件其他因素影响，能够测试各种混凝土与FRP的界面性能；

3、本发明的试件模具具有操作简单、成本低、可重复利用的优点，本发明模具的对中装置、外围模板、底模板都是可以拆模后重复利用，对中尺可自由拆装以适用于不同直径尺寸的套管，而且该模具的塔筒可以根据实验要求搭设不同高度，以满足不同剪切面积的对比实验，同时在底板上设置不同直径同心圆上的插槽也是方便设置不同圆管直径的对比实验；

4、本发明的试件可应用于组合结构构件不同组分材料的界面性能试验研究中，尤其是针对组合构件中圆管与混凝土的推出试验。研究对象可包括FRP管约束混凝土构件、钢管约束混凝土构件、FRP-钢复合约束混凝土构件、内置FRP管的混凝土组合构件、内置钢管的混凝土组合构件、FRP-混凝土-钢管双管柱等，这些组合柱发挥各组分材料及约束混凝土性能优势，具有良好的力学性能和耐久性。研究圆管与混凝土界面粘结滑移关系，了解结构构件的工作失效破坏机理，以更好地设计和推广应用多组分材料的组合结构构件。使用该模具和试件制作方法能达到制作试件便捷，试件定位精准，制作模具可多次循环使用，可适用多种圆管尺寸要求的效果。

附图说明

图1是本发明实施例中圆管推出试验试件模具(未包含圆筒)的结构示意图；

图2是本发明实施例中对中装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中对中装置中定位件闭合状态的结构示意图；

图4是本发明实施例中对中装置中定位件开启状态的结构示意图；

图5是本发明实施例中对中装置中固定夹的结构示意图；

图6是本发明实施例中底模板的结构示意图；

图7是本发明实施例中底模板中塔筒的结构示意图；

图8是本发明实施例中试件的结构示意图；

图9是图8的倒置图。

其中：1：对中装置，11：套管，12：对中尺，13：定位件，131：自锁件，132：定位槽板，133：自锁螺栓，14：固定夹，141：第一夹板，142：尼龙板，143：固定杆，144：固定螺丝，145：滑动卡槽，146：第二夹板，2：外围模板，3：底模板，31：顶板，311：顶板榫头，32：筒环，321：卯眼，322：筒环榫头，33：底板，34：插槽，4：圆管，5：外层混凝土，6：空腔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种圆管推出试验试件模具，包括对中装置1、外围模板2、底模板3、圆管4。

如图2所示，对中装置包括套管11、对中尺12、定位件13、固定夹14。套管形状为中空圆筒形，其内直径与圆管外径相同，套管四周设有四个对称的孔洞，对中尺可插入孔洞内，方便对中尺的拆卸并安装在不同尺寸大小的套管上。四个对中尺为矩形尺，分别安装在套管四周的正交方向上，通过调整套管位置，令套管到外围模板之间的距离均相等，则可以保证圆管位于外围模板中心处。

如图3、4、5所示，每个对中尺的端部都设有定位件13及固定夹14，固定夹固定于定位件的下端。定位件包括自锁件131、定位槽板132，定位槽板形成定位凹槽，自锁件通过自锁螺栓133可转动安装在定位槽板上。对中尺穿过定位凹槽，当套管调整到中心位置，即可以通过闭合自锁件使得自锁件与定位槽板紧紧夹住对中尺，以达到定位且固定的作用。

如图5所示，固定夹14包括第一夹板141、第二夹板146、固定杆143、固定螺丝144。第一夹板固定在定位件下端，第二夹板的顶端卡在定位件下端的滑动卡槽145内，第二夹板可在滑动卡槽内自由移动。且在第二夹板一侧设有固定杆，固定杆设有螺孔，固定螺丝穿过螺孔并与第二夹板接触，通过固定螺丝可以调整第一夹板、第二夹板的松紧程度，并将两块夹板夹在外围模板上端用以固定整个对中装置。第一夹板、第二夹板的内侧粘贴有尼龙板142，尼龙板提供保护和缓冲作用。

如图1所示，外围模板2的形状为圆筒，其材料可为铁、不锈钢、PVC，也可做成永久模板，永久模板并不影响本界面性能试验结果，外围模板粘接在底模板上。

如图6所示，底模板3包括底板33和塔筒，底板为一正方形铁板，在该底板以中心为圆心画有数个同心圆，同心圆的直径与常用的塔筒直径相同。如图7所示，塔筒包括多个上下连接的筒环32以及顶部的顶板31，筒环整体形状为圆筒，其下端具有正向布置的四块凸起的筒环榫头322，其上端与筒环榫头对应位置处设有凹槽形状的卯眼321，因此各直径相同的筒环可以通过拼接上下筒环之间的筒环榫头与卯眼以获得不同高度的塔筒。顶板下端也具有正向布置的四块顶板榫头311，并与最上端的筒环相接，因此整个塔筒的形状为封顶的圆筒，而且塔筒外径与圆管的外径相同，且塔筒上端接触并承托圆管。

在底板的各同心圆的正交位置布置四个插槽34，插槽的大小、形状与筒环32的筒环榫头相匹配，当插槽不使用时则用弹性密封塞堵住。在底板上设置不同直径的同心圆可布置不同直径的塔筒，同时也可作为外围模板的定位圆。

使用圆管推出试验试件模具制作试件的方法，包括如下步骤：

1、选取与圆管直径匹配的塔筒，将塔筒固定在底板上，具体地，可以利用与圆管相同外径的筒环和顶板，上下对准榫头与卯眼位置进行拼接，从而根据试验要求组装一定高度的塔筒，将塔筒插入底板的插槽中，并用弹性密封塞堵住底板上未使用的插槽。

2、选取大于圆管直径且匹配同心圆的外围模板放置并粘接在底板上，在塔筒的外表面以及外围模板的内表面涂油，若外围模板不作为永久模板也需要在外围模板内表面上涂油。再将对中装置固定在外围模板上端。

3、将圆管套入对中装置的套管内，并且将圆管对准放置在塔筒上，再拧紧固定螺丝将四组夹板夹住外围模板上端，由于对中尺为正交布置，因此四组夹板也正好夹在外围模板的四个内接点上；随后打开自锁件并调整圆管位置，令四个定位件位于对中尺的相同位置，即对中尺上的数值相同，闭合四个自锁件以保持圆管位于外围模板的中心位置。圆管可为FRP管，FRP管可由厂家预制，也可手糊FRP布环向缠绕包裹，其内部可浇筑各种混凝土以测试各种混凝土与FRP管之间的界面性能。圆管外围可贴测试应变片，并且需要做好应变片的保护措施，防止应变片在浇筑过程中损坏。需要注意的是，如图1、8所示，圆管有部分暴露在空气中并没有与外层混凝土5接触，因此应变片不需要贴在该外露部分，而外露部分的高度与塔筒高度相等。

4、在圆管与外围模板之间浇筑外层混凝土，圆管内浇筑的混凝土和外层混凝土可为不同类型的混凝土。

5、外层混凝土初凝完成后，取下对中装置并洗净方便下次使用；若外围模板采用PVC管制成永久模板，则在此步骤中不需要脱膜；脱膜后得到一个上方圆管凸起而下方具有相应空腔6的圆柱形试件(如图8、9所示)，将试件放入恒温恒湿养护箱养护，或用湿布覆盖表面再用聚乙烯薄膜包紧并定时浇水养护。

6、养护时间满28天后，将试件放置于压力试验机底板的中心处并连接应变片线路；试件的圆管上端找平，并与压力试验机顶面接触；试件的外层混凝土的下端找平，与压力试验机底面接触；压力试验机给予圆管竖直向下的压力使得圆管与外层混凝土发生剪切变形，直至试件破坏。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，包括底模板、外围模板、对中装置、圆管；

2.根据权利要求1所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述定位件包括自锁件、定位槽板，所述定位槽板形成定位凹槽，对中尺穿过定位凹槽，自锁件可转动安装在定位槽板上。

3.根据权利要求1或2所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述固定夹包括第一夹板、第二夹板、固定杆、固定螺丝，第一夹板固定在定位件下端，第二夹板的顶端卡在定位件下端的滑动卡槽内，且在第二夹板一侧设有固定杆，所述固定杆设有螺孔，固定螺丝穿过螺孔并与第二夹板接触。

4.根据权利要求3所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述第一夹板、第二夹板的内侧粘贴有尼龙板。

5.根据权利要求1所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述塔筒包括顶板、多个筒环；每个筒环为圆筒状，下端设有多块对称设置的筒环榫头，与筒环榫头对应的上端位置处设有凹槽形状的卯眼；所述顶板下端设有与卯眼相对应的顶板榫头。

6.根据权利要求5所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述底板上画有多个同心圆，在每个同心圆上设有与筒环榫头相对应的插槽。

7.根据权利要求1所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述圆筒为采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或以上纤维组合的纤维沿环向或接近环向缠绕环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂基体制成的FRP管或钢管。

8.根据权利要求7所述的一种圆管推出试验试件模具，其特征在于，所述圆筒内浇筑普通混凝土、高强混凝土、海水海砂混凝土、自适应混凝土或再生骨料混凝土。

9.使用权利要求1至8任一项所述的圆管推出试验试件模具制作试件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

在圆管与所述外围模板之间浇筑外层混凝土；

10.根据权利要求9所述的试件制作方法，其特征在于，将养护后的试件放置于压力试验机底板的中心处并连接应变片线路；圆管上端找平并与压力试验机顶面接触，试件外层混凝土下端找平，与压力试验机底面接触；压力试验机给予圆管竖直向下的压力，直至试件破坏。