CN112895115A - 一种组合式bfrp-frcm复合层钢模具及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合式BFRP‑FRCM复合层钢模具及使用方法，属于模具制作技术领域。包括底板、中间隔板、纵向侧板和多层横向侧板。其中与中间隔板方向平行的纵向侧板与底板之间、不同层横向侧板之间、横向侧板与底板之间使用螺栓连接，相邻横纵向侧板之间、中间隔板和横向侧板之间拼装连接，便于拆卸。每铺设一层纤维网格，纤维网格待拉伸笔直后放上下一层横向侧板，将内置纤维网格固定并使其保持伸直状态，直至浇筑完最后一层砂浆，覆膜养护后，在初凝时抹平表面。24h养护成型后，取下两端纵向侧板和横向侧板，轻敲中间隔板，即可取出预制构件。该发明满足掺加不同层数纤维网格试件的制作需求，可达到精确度要求，循环利用，且易于操作及装配拆卸。

Description

一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具及使用方法
技术领域
本发明涉及一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具及使用方法，属于模具制作技术领域。
背景技术
目前，对既有结构的加固已然成为国内外研究的热点。在使用纤维增强复合树脂基材料(以下简称FRP)进行加固、修复结构时，该材料在遇到外界产生的爆炸荷载与冲击作用下，FRP材料会由于高温作用，起到高强作用的树脂基易出现软化及强度降低现象，从而对基体的整体力学性能有所削弱。且FRP材料自身的树脂基材料与水泥基材料之间的相容性不佳，耐腐蚀性、耐久性一般。而是用复合水泥基砂浆代替树脂基材料，可以避免上述缺陷，而且水泥基材料与加固混凝土结构表面材质性能相似，兼容性更佳，BFRP-FRCM复合层加固既有结构由此得到广泛应用，但对于其力学性能还有待进一步研究，其中，BFRP代表玄武岩纤维，FRCM代表纤维增强水泥基材料，上述均为本领域技术人员的通常表示方式。
因此，为检验此新的结构体系，通过模型试验研究对其进行检验和验证。而复合层试件制作的难点在于其是多层结构，且为避免在夹具端部出现应力集中现象，需将试件设计成狗骨型，对模具的精细程度要求较高。在实验过程中，先制作整块板材，再切割成所需要尺寸规格的试件，这种情况下会发生试件边缘不规整、切割破坏内部网格等现象，对试验结果产生不利影响；现存模具常使用木模具，便于取材与替换。但是可利用次数少，造成资源浪费，不够绿色环保。使用钢模具可以多次重复利用，满足不同规格的需要，有利于环保。故本专利旨在发明一种可拆卸组装，能重复利用制作不同规格BFRP-FRCM复合层的钢模具。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种结构强度高、易于安装拆卸的组合式BFRP-FRCM复合层钢模具及使用方法，用以解决复合层试件制作过程中掺加多层纤维网格的制作问题以及养护成型试件的取出以及木模板的资源浪费等问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，包括底板、中间隔板、多层横向侧板以及纵向侧板；两块纵向侧板以及两组多层横向侧板设置在底板上，与底板围成顶部开口，四周封闭的箱式的模腔，所述模腔中间还设置有两块中间隔板用于将模腔分为等间隔的三部分，所述中间隔板与所述纵向侧板平行，相邻横向侧板与纵向侧板之间、中间隔板与多层横向侧板之间垂直拼装连接，两组所述多层横向侧板的内侧设置有卡槽，所述中间隔板及纵向侧板的首尾两端分别卡在多层横向侧板的卡槽中；多层横向侧板中间用于夹持预制试件中的纤维网格；同侧多层横向侧板之间、多层横向侧板与底板之间、纵向侧板与底板之间均使用螺栓连接锚固，所述多层横向侧板上的螺栓位置设置在中间隔板或纵向侧板位置的前方或后方，以便于对预制试件进行抹平；所述中间隔板两侧以及所述纵向侧板内侧均设置有梯形凸起，相邻中间隔板之间以及中间隔板与纵向侧板的梯形凸起均相对设置；所述中间隔板两侧的梯形凸起之间形成有空心部分，用以减轻结构自重；所述中间隔板之间以及所述中间隔板与纵向侧板之间有用以形成工字型预制构件的空间。
进一步地，在所述底板平行两侧端部设置有把手，便于拿起放置。
进一步地，所述多层横向侧板的层数为3-10层。
进一步地，所述卡槽的深度为5-12mm；所述卡槽的间距为100mm，以满足钢模具内夹持区域宽度为100mm预制构件的制作；与所述纵向侧板对应的卡槽宽度为20-40mm，与所述中间隔板对应的卡槽宽度为50-70mm；所述中间隔板以及纵向侧板的厚度均为20mm；多层横向侧板中每层的厚度为5mm或4mm。
进一步地，所述组合式BFRP-FRCM复合层钢模具和部件材质为钢；所述中间隔板、多层横向侧板以及纵向侧板的两端均设置有大开孔，所述多层横向侧板的中间还间隔设置有小开孔，所述小开孔设置在卡槽外侧；所述大开孔以及小开孔内插入有螺栓，用以将中间隔板、多层横向侧板以及纵向侧板与所述底板连接固定在一起。
进一步地，所述底板、多层横向侧板、纵向侧板的内侧面以及中间隔板的两侧面皆是光滑的平面。
进一步地，：所述中间隔板之间以及所述中间隔板与纵向侧板之间形成为有效拉伸区域为宽度40mm、长度100mm的预制试件，预制试件的厚度可按照实际需要调整多层横向侧板、中间隔板以及纵向侧板的厚度，确保多层横向侧板叠加在一起的厚度与纤维网格的厚度相加等于中间隔板以及纵向侧板的厚度。
上述组合式BFRP-FRCM复合层钢模具的使用方法，包括如下步骤：在底板上固定两侧的纵向侧板，先加一层或多层横向侧板，放置中间隔板，在钢模具内部涂刷脱模剂，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板上表面处，铺设一层纤维网格，两端用磁铁固定使纤维网格处于预紧绷直状态，再加一层或多层横向侧板，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板上表面处，铺设第二层纤维网格，两端用磁铁固定使纤维网格处于预紧绷直状态，再放置一层或多层横向侧板，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板上表面处；按照需要，重复上述操作铺设纤维网格及浇筑砂浆基质，直至满足预制构件厚度要求；预制试件养护24h，待预制试件强度达到拆模要求后将螺栓拧出，取下磁铁并拆除钢模具，从上至下取出两端纵向侧板以及多层横向侧板，然后取出中间隔板，取出预制试件，减去预制试件两端伸出的多余纤维网格并标准养护28d，完成预制构件的制作。
进一步地，直接将纤维网格叠放布置易产生滑移现象，为了增强砂浆基质与纤维网格之间的粘结强度，将纤维网格进行分层布置，且纤维网格铺设后使用瓦刀将其轻轻按压至砂浆基质内。
进一步地，浇筑砂浆时需要浇筑的砂浆厚度应略高于横向侧板的顶部，用于避免因收缩引起的表面塌落，影响预制试件的整体厚度；此外，还需要在初凝时进行表面的收光抹平处理，保证预制试件的实际厚度满足设计要求，提高预制构件试验结果的准确性。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
本发明可解决复合层试件多层纤维网格的放置问题，满足制作不同规格的复合层试件，拆卸方便，可多次重复利用。制作的试件平整度良好，能够保证试件的浇筑质量，提高试验的准确程度。钢模具不易变形，制作出的试件尺寸规格精度较普通木模具要高。模具拆卸后可以循环使用，避免资源浪费，制作和装配都易于操作。有效的解决了掺加网格的复合层试件的制作问题，能够满足不同纤维网格种类、层数试件的制作，具有通用性。
附图说明
图1是本发明钢模具底板示意图；
图2是本发明中间隔板示意图；
图3是本发明横向侧板示意图；
图4是本发明纵向侧板示意图；
图5是本发明组装后的钢模具示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图1-5对本发明做进一步说明。
本发明的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，如图5所示，包括底板1、中间隔板2、多层横向侧板3以及纵向侧板4。两块纵向侧板4以及两组多层横向侧板3设置在底板1上，与底板1围成顶部开口，四周封闭的箱式的模腔，模腔中间还设置有两块中间隔板2用于将模腔分为等间隔的三部分。如图1-4所示，底板1、多层横向侧板3、纵向侧板4的内侧面以及中间隔板2的两侧面皆是光滑的平面。中间隔板2与纵向侧板4平行，相邻横向侧板3与纵向侧板4之间、中间隔板2与多层横向侧板3之间垂直拼装连接，如图3和图5所示，两组多层横向侧板3的内侧设置有卡槽5，中间隔板2及纵向侧板4的首尾两端分别卡在多层横向侧板3的卡槽5中。多层横向侧板3中间用于夹持预制试件中的纤维网格。同侧多层横向侧板3之间、多层横向侧板3与底板1之间、纵向侧板4与底板1之间均使用螺栓连接锚固，多层横向侧板3上的螺栓位置设置在中间隔板2或纵向侧板4位置的前方或后方，以便于对预制试件进行抹平。如图2和图4所示，中间隔板2两侧以及纵向侧板4内侧均设置有梯形凸起6，相邻中间隔板2之间以及中间隔板2与纵向侧板4的梯形凸起6均相对设置。中间隔板2两侧的梯形凸起6之间形成有空心部分7，用以减轻结构自重。中间隔板2之间以及中间隔板2与纵向侧板4之间有用以形成工字型预制构件的空间。此外，在底板1平行两侧端部设置有把手8，便于拿起放置。如图1-4所示，组合式BFRP-FRCM复合层钢模具和部件材质为钢。中间隔板2、多层横向侧板3以及纵向侧板4的两端均设置有大开孔9，多层横向侧板3的中间还间隔设置有小开孔10，小开孔10设置在卡槽5外侧。大开孔9以及小开孔10内插入有螺栓，用以将中间隔板2、多层横向侧板3以及纵向侧板4与底板1连接固定在一起。
其中，多层横向侧板3的层数为3-10层。卡槽5的深度为10mm。卡槽5的间距为100mm，以满足钢模具内夹持区域宽度为100mm预制构件的制作。与纵向侧板4对应的卡槽5宽度为30mm，与中间隔板2对应的卡槽5宽度为60mm。中间隔板2以及纵向侧板4的厚度均为20mm。多层横向侧板3中每层的厚度为4mm。中间隔板2之间以及中间隔板2与纵向侧板4之间形成为有效拉伸区域为宽度40mm、长度100mm的预制试件，预制试件的厚度可按照实际需要调整多层横向侧板3、中间隔板2以及纵向侧板4的厚度，确保多层横向侧板3叠加在一起的厚度与纤维网格的厚度相加等于中间隔板2以及纵向侧板4的厚度。
上述组合式BFRP-FRCM复合层钢模具的使用方法，以制作包含两层纤维网格的试件为例，包括如下步骤：
在底板1上固定两侧的纵向侧板4，先加一层横向侧板3，放置中间隔板2，在钢模具内部涂刷脱模剂，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板3上表面处，铺设一层纤维网格，两端用磁铁固定使纤维网格处于预紧绷直状态，再加两层横向侧板3，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板3上表面处，铺设第二层纤维网格，两端用磁铁固定使纤维网格处于预紧绷直状态，再放置一层横向侧板3，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板3上表面处。预制构件厚度要求。预制试件养护24h，待预制试件强度达到拆模要求后将螺栓拧出，取下磁铁并拆除钢模具，从上至下取出两端纵向侧板4以及多层横向侧板3，然后取出中间隔板2，取出预制试件，减去预制试件两端伸出的多余纤维网格并标准养护28d，完成预制构件的制作。
其中，直接将纤维网格叠放布置易产生滑移现象，为了增强砂浆基质与纤维网格之间的粘结强度，将纤维网格进行分层布置，且纤维网格铺设后使用瓦刀将其轻轻按压至砂浆基质内。此外，浇筑砂浆时需要浇筑的砂浆厚度应略高于横向侧板3的顶部，用于避免因收缩引起的表面塌落，影响预制试件的整体厚度。此外，还需要在初凝时进行表面的收光抹平处理，保证预制试件的实际厚度满足设计要求，提高预制构件试验结果的准确性。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。

Claims (10)

1.一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：包括底板(1)、中间隔板(2)、多层横向侧板(3)以及纵向侧板(4)；两块纵向侧板(4)以及两组多层横向侧板(3)设置在底板(1)上，与底板(1)围成顶部开口，四周封闭的箱式的模腔，所述模腔中间还设置有两块中间隔板(2)用于将模腔分为等间隔的三部分，所述中间隔板(2)与所述纵向侧板(4)平行，相邻横向侧板(3)与纵向侧板(4)之间、中间隔板(2)与多层横向侧板(3)之间垂直拼装连接，两组所述多层横向侧板(3)的内侧设置有卡槽(5)，所述中间隔板(2)及纵向侧板(4)的首尾两端分别卡在多层横向侧板(3)的卡槽(5)中；多层横向侧板(3)中间用于夹持预制试件中的纤维网格；同侧多层横向侧板(3)之间、多层横向侧板(3)与底板(1)之间、纵向侧板(4)与底板(1)之间均使用螺栓连接锚固，所述多层横向侧板(3)上的螺栓位置设置在中间隔板(2)或纵向侧板(4)位置的前方或后方，以便于对预制试件进行抹平；所述中间隔板(2)两侧以及所述纵向侧板(4)内侧均设置有梯形凸起(6)，相邻中间隔板(2)之间以及中间隔板(2)与纵向侧板(4)的梯形凸起(6)均相对设置；所述中间隔板(2)两侧的梯形凸起(6)之间形成有空心部分(7)，用以减轻结构自重；所述中间隔板(2)之间以及所述中间隔板(2)与纵向侧板(4)之间有用以形成工字型预制构件的空间。
2.根据权利要求1所述的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：在所述底板(1)平行两侧端部设置有把手(8)，便于拿起放置。
3.根据权利要求1所述的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：所述多层横向侧板(3)的层数为3-10层。
4.根据权利要求1所述的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：所述卡槽(5)的深度为5-12mm；所述卡槽(5)的间距为100mm，以满足钢模具内夹持区域宽度为100mm预制构件的制作；与所述纵向侧板(4)对应的卡槽(5)宽度为20-40mm，与所述中间隔板(2)对应的卡槽(5)宽度为50-70mm；所述中间隔板(2)以及纵向侧板(4)的厚度均为20mm；多层横向侧板(3)中每层的厚度为5mm或4mm。
5.根据权利要求1所述的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：所述组合式BFRP-FRCM复合层钢模具和部件材质为钢；所述中间隔板(2)、多层横向侧板(3)以及纵向侧板(4)的两端均设置有大开孔(9)，所述多层横向侧板(3)的中间还间隔设置有小开孔(10)，所述小开孔(10)设置在卡槽(5)外侧；所述大开孔(9)以及小开孔(10)内插入有螺栓，用以将中间隔板(2)、多层横向侧板(3)以及纵向侧板(4)与所述底板(1)连接固定在一起。
6.根据权利要求1所述的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：所述底板(1)、多层横向侧板(3)、纵向侧板(4)的内侧面以及中间隔板(2)的两侧面皆是光滑的平面。
7.根据权利要求1所述的一种组合式BFRP-FRCM复合层钢模具，其特征在于：所述中间隔板(2)之间以及所述中间隔板(2)与纵向侧板(4)之间形成为有效拉伸区域为宽度40mm、长度100mm的预制试件，预制试件的厚度可按照实际需要调整多层横向侧板(3)、中间隔板(2)以及纵向侧板(4)的厚度，确保多层横向侧板(3)叠加在一起的厚度与纤维网格的厚度相加等于中间隔板(2)以及纵向侧板(4)的厚度。
8.一种根据权利要求1所述的组合式BFRP-FRCM复合层钢模具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：在底板(1)上固定两侧的纵向侧板(4)，先加一层或多层横向侧板(3)，放置中间隔板(2)，在钢模具内部涂刷脱模剂，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板(3)上表面处，铺设一层纤维网格，两端用磁铁固定使纤维网格处于预紧绷直状态，再加一层或多层横向侧板(3)，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板(3)上表面处，铺设第二层纤维网格，两端用磁铁固定使纤维网格处于预紧绷直状态，再放置一层或多层横向侧板(3)，浇筑砂浆基质，抹平高度至最上层横向侧板(3)上表面处；按照需要，重复上述操作铺设纤维网格及浇筑砂浆基质，直至满足预制构件厚度要求；预制试件养护24h，待预制试件强度达到拆模要求后将螺栓拧出，取下磁铁并拆除钢模具，从上至下取出两端纵向侧板(4)以及多层横向侧板(3)，然后取出中间隔板(2)，取出预制试件，减去预制试件两端伸出的多余纤维网格并标准养护28d，完成预制构件的制作。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：直接将纤维网格叠放布置易产生滑移现象，为了增强砂浆基质与纤维网格之间的粘结强度，将纤维网格进行分层布置，且纤维网格铺设后使用瓦刀将其轻轻按压至砂浆基质内。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于：浇筑砂浆时需要浇筑的砂浆厚度应略高于横向侧板(3)的顶部，用于避免因收缩引起的表面塌落，影响预制试件的整体厚度；此外，还需要在初凝时进行表面的收光抹平处理，保证预制试件的实际厚度满足设计要求，提高预制构件试验结果的准确性。
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