【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料筋领域，特别是涉及一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置及方法。
技术介绍
1、纤维增强树脂(fiber reinforced polymer，frp)纤维增强树脂复合材料筋具有轻质、高强、耐腐蚀和便于施工等诸多优点，目前已广泛应用于土木工程领域，经济效益十分显著。目前，工程结构中的热塑性复材筋主要为热固性热塑性复材筋，其成型后无法二次弯折加工，在应用过程中缺乏灵活性，严重影响施工效率。此外，热固性环氧树脂具有三维网状交联结构，断裂韧性差，易在复杂应力条件下产生裂纹及应力集中，引发疲劳损伤与破坏；同时热固性树脂分子结构含大量羟基，易吸湿，导致树脂水解、塑化与纤维脱粘，加速复合材料的疲劳破坏。
2、相比之下，新型碳纤维与玻璃纤维增强热塑性树脂(如聚丙烯、尼龙)复合材料筋(复材筋)具有重复成型、高韧性、高耐久性、环境友好及可回收利用等优势，可解决传统热固性树脂复材筋制备成本高、韧性与耐久性差及循环利用率低等问题，是未来具有发展潜力的创新型工程材料。热塑性树脂多次成型特性赋予了混凝土结构用复材筋的可设计性，然而国内外缺少满足快速成型需求的热塑性复材箍筋弯折装置的设计与制备方法。少数采用适用于传统钢筋的弯折装置，通过筋材定位→加热软化→弯曲成型→水槽冷却→筋材定型等工艺实现热塑性复材筋的弯折，采用上述弯折装置后复材筋弯折拉伸强度保留率较低(低于30％)。此外，研究者还通过加热弯折区域并利用滑轮施加弯曲力实现了热塑性复材筋的弯折，由于弯折过程中弯折区域经历了从圆形到扁平条形的横截面变形，导致最终弯折
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置及方法，以解决传统弯折复材筋存在受力不合理、受热不均匀、弯折工艺复杂、周期长的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，根据本专利技术的一个方面，提供一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，包括：
3、弯折底座，上端面四角位置可拆卸连接有加热柱，所述加热柱用于加热热塑性树脂复合材料筋使用且沿轴向设置有至少一个与热塑性树脂复合材料筋外形相适应的环形凹槽；
4、边长限位组件，设置有多个并对应的设置在弯折底座四角形成的虚拟四边形的至少三条边上用于对热塑性树脂复合材料筋对应的边限位；
5、外设加热组件，用于热塑性树脂复合材料筋相应的角进行弯折时对弯折区域进行辅助加热。
6、更进一步的，所述边长限位组件为插入块，所述插入块靠近热塑性树脂复合材料筋一侧设置有与热塑性树脂复合材料筋外形相适应的开槽。
7、更进一步的，所述插入块包括左右对称布置的两个分体块，两个所述分体块围合而成开槽。
8、更进一步的，所述弯折底座上端面设置有与插入块对应的卡槽，每个所述插入块卡合连接在相应的卡槽内。
9、更进一步的，所述虚拟四边形的两条对角线相交后形成四个虚拟线段，每个所述虚拟线段上设置有嵌入槽，所述加热柱卡合连接在相应的嵌入槽内并通过拆卸件固定，所述嵌入槽整体为多个沿虚拟线段长度分布且直径不同的圆形槽耦合而成。
10、更进一步的，所述拆卸件为插销，所述嵌入槽内沿所述虚拟线段长度方向设置多个间隔布置的开孔，所述插销与对应的开孔卡合连接。
11、更进一步的，所述外设加热组件为热风枪。
12、更进一步的，所述弯折底座下端面四角位置均设置支撑柱。
13、更进一步的，所述支撑柱与弯折底座螺纹连接。
14、根据本专利技术的另一个方面，提供一种使用上述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置的方法，包括以下步骤：将筋材插入任一插入块形成的开槽内并以此插入块所在位置为虚拟四边形的第一边，使筋材贴合在此插入块左右两侧加热柱的环形凹槽内；加热柱进热的同时利用外设加热组件对筋材与两侧加热柱接触的弯折区域进行加热；待筋材弯折区域软化后，将筋材沿着对应的加热柱的环形凹槽进行转动，同时主动扭转筋材使其弯折区域纤维束螺旋缠绕；当筋材的两端分别转动至虚拟四边形与第一边相连的第二边和第三边后，在第二边和第三边的相应位置插入插入块对筋材固定；采用相同方式继续对筋材剩余边加热弯折直至形成箍筋；将全部加热柱使其与箍筋分离，拔出全部插入块并将筋材取出，待筋材冷却至室温后，得到热塑性树脂复合材料筋。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、1、本装置零件数量少，组装拆卸过程方便快捷，弯折过程简单直观，在实际应用过程中操作方便，灵活性强；
17、2、本装置弯折底座上设置有四个具有一定深度的嵌入槽，在保证加热柱底部平面与弯折底座顶部平面处于同一水平面的同时，可以使加热柱的大部分区域处于悬空状态，减少加热柱加热过程中的热量耗散，提高加热效率；
18、3、本装置利用加热柱和外设加热组件同时对弯折区域进行加热，使筋材均匀受热，实现对筋材快速高效地加热。在筋材受热软化后，通过主动扭转筋材，使得筋材弯折区域纤维束螺旋缠绕，得到的箍筋弯折区纤维束分布均匀，截面变形小，强度保留率高；
19、4、本装置通过设置加热柱和插入块可根据需要加工为带有不同凹槽尺寸的多种规格，以实现对不同直径筋材的弯折成型，可通过更换不同外径的加热柱生产具有不同弯折半径的箍筋，同时，亦可利用该弯折成型装置加工成型不同材料、直径、弯折角度和弯折半径的热塑性纤维增强复合材料弯折筋，应用范围广。
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1.一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述边长限位组件为插入块(3)，所述插入块(3)靠近热塑性树脂复合材料筋(5)一侧设置有与热塑性树脂复合材料筋(5)外形相适应的开槽。
3.根据权利要求2所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述插入块(3)包括左右对称布置的两个分体块，两个所述分体块围合而成开槽。
4.根据权利要求2所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述弯折底座(1)上端面设置有与插入块(3)对应的卡槽，每个所述插入块(3)卡合连接在相应的卡槽内。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述虚拟四边形的两条对角线相交后形成四个虚拟线段，每个所述虚拟线段上设置有嵌入槽，所述加热柱(2)卡合连接在相应的嵌入槽内并通过拆卸件固定，所述嵌入槽整体为多个沿虚拟线段长度分布且直径不同的圆形槽耦合而成。
6.根据权利要
7.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述外设加热组件为热风枪。
8.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述弯折底座(1)下端面四角位置均设置支撑柱(4)。
9.根据权利要求8所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述支撑柱(4)与弯折底座(1)螺纹连接。
10.一种使用如权利要求1-9中任一项所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：将筋材插入任一插入块(3)形成的开槽内并以此插入块(3)所在位置为虚拟四边形的第一边，使筋材贴合在此插入块(3)左右两侧加热柱(2)的环形凹槽内；加热柱(2)进热的同时利用外设加热组件对筋材与两侧加热柱(2)接触的弯折区域进行加热；待筋材弯折区域软化后，将筋材沿着对应的加热柱(2)的环形凹槽进行转动，同时主动扭转筋材使其弯折区域纤维束螺旋缠绕；当筋材(5)的两端分别转动至虚拟四边形与第一边相连的第二边和第三边后，在第二边和第三边的相应位置插入插入块(3)对筋材固定；采用相同方式继续对筋材剩余边加热弯折直至形成箍筋；将全部加热柱(2)使其与箍筋分离，拔出全部插入块(3)并将筋材取出，待筋材冷却至室温后，得到热塑性树脂复合材料筋(5)。
...【技术特征摘要】
1.一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述边长限位组件为插入块(3)，所述插入块(3)靠近热塑性树脂复合材料筋(5)一侧设置有与热塑性树脂复合材料筋(5)外形相适应的开槽。
3.根据权利要求2所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述插入块(3)包括左右对称布置的两个分体块，两个所述分体块围合而成开槽。
4.根据权利要求2所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述弯折底座(1)上端面设置有与插入块(3)对应的卡槽，每个所述插入块(3)卡合连接在相应的卡槽内。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述虚拟四边形的两条对角线相交后形成四个虚拟线段，每个所述虚拟线段上设置有嵌入槽，所述加热柱(2)卡合连接在相应的嵌入槽内并通过拆卸件固定，所述嵌入槽整体为多个沿虚拟线段长度分布且直径不同的圆形槽耦合而成。
6.根据权利要求5所述的一种热塑性纤维增强复合材料箍筋的弯折成型装置，其特征在于：所述拆卸件为插销，所述嵌入槽内沿所述虚拟线段长度方向设置多个间隔布置的开孔，所述插销与对应的开孔卡合连接。
...【专利技术属性】
技术研发人员：李承高，李锦豪，咸贵军，钟健，周平，白艳博，张云峰，李娟，高瑞军，汪鸿翔，柯特，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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