一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具及其成型方法

本发明属于水利工程，更具体的说是涉及一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具及其成型方法。

背景技术：

1、拱坝缩尺模型试验是目前拱坝结构安全性能研究的主要手段之一，其结果对分析评价拱坝结构安全性能有着重要的参考依据和价值。现有对拱坝结构静动力荷载下破坏过程及其机理研究主要采用地质力学模型(基于千斤顶的静力法，单向荷载)和振动台试验(动力法，双向往复荷载)，两者均需首先对拟开展研究的高拱坝结构进行缩尺模型成型工作，目前高拱坝结构缩尺模型的成型方法主要是浇注法、夯筑法和小块砌筑法。

2、浇筑法是将流体状态的材料注入到事先做好的模子中，形成一个块体。这种方法的优点是可快速成型，结构完整性好，适合坝体平滑、体型明确的拱坝，是拱坝物理模型理想的成型方法。

3、夯实填筑法是实验台架内先分层摊铺材料，再逐层遍布地碾压材料，直到坝顶。这种方法比较适合地下洞室类的试验模型制作，但易夯实不均匀，各层密度有差异，且不易模拟不连续结构面。类似的，基于分层浇筑的原理，大连理工大学张宇设计出用于模拟沙牌碾压混凝土拱坝的六层式分层浇筑成型钢模，该方法存在坝体模具组装操作繁琐和浇筑次数多易造成不连续结构面的缺陷。

4、小块体砌筑法是目前开展地质力学模型试验的主要方法，是将相似材料压制成小块体，并逐块砌筑模型的成型方法。这种方法的优点是可有效模拟节理裂隙，接近工程实际；但缺点是一个工程需要几万甚至十几万块块体，工程量浩大，耗时耗力。

5、综合上述高拱坝结构缩尺模型成型方法现状，可得出“浇注法是成型效率最高且缺陷相对最少的成型方法”的结论。目前，尚无基于浇筑法的高拱坝结构缩尺模型快速高效成型模具系统及其成型方法，这一问题限制了拱坝结构相关科研进程与进展。

6、因此，如何提供一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具及其成型方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具及其成型方法，具有将模型分为三部分独立浇筑，操作简单，成型更快，可以模拟坝体结构嵌固于坝肩山体的效果，采用单片组装式的原则，可以达到减小模具变形的优点。此外，模具可以重复利用，具有极大缩短了制模、支模时间和相应的人力与经济成本的优势。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具，包括：坝体钢模具和坝基钢模具；所述坝体钢模具安装在坝基钢模具上，所述坝体钢模具包括上游坝面模具、下游坝面模具、侧面坝体模具和坝体底面模具；所述上游坝面模具的底部栓接有坝体底面模具，所述上游坝面模具的两侧均栓接有侧面坝体模具，所述侧面坝体模具的底部与坝体底面模具栓接，所述下游坝面模具两侧均与侧面坝体模具栓接，底部与坝体底面模具栓接。

4、进一步地，所述上游坝面模具和下游坝面模具的横截面均为弧形，所述坝体钢模具的形状为内凹的扇形，凹陷方向为上游坝面模具所在方向。

5、进一步地，所述坝基钢模具包括：坝肩结构钢模具和坝基底盘钢模具，所述坝肩结构钢模具安装在坝基底盘钢模具的上侧。

6、进一步地，所述坝肩结构钢模具包括：上游坝肩内侧面模具、上游河道面模具、上游坝肩横向模具、下游坝肩内侧面模具、下游河道面模具、下游坝肩横向模具和坝肩纵向模具；所述上游河道面模具的两侧均栓接有上游坝肩内侧面模具，所述上游坝肩内侧面模具的一侧与上游坝肩横向模具栓接，所述下游河道面模具的两侧均与下游坝肩内侧面模具栓接，所述下游坝肩内侧面模具的一侧与下游坝肩横向模具栓接，所述坝肩纵向模具的一侧与上游坝肩横向模具栓接，另一侧与下游坝肩横向模具栓接，所述上游河道面模具、上游坝肩横向模具的下侧、下游河道面模具、下游坝肩横向模具的下侧和坝肩纵向模具的下侧均与坝基底盘栓接。

7、进一步地，所述坝基底盘钢模具包括：坝基纵向模具、坝基上游横向模具、坝基下游横向模具和坝基底部模具；所述坝基底部模具形状为矩形，且两个长边分别与坝基上游横向模具和坝基下游横向模具栓接，两个短边各栓接一块坝基纵向模具，所述上游河道面模具和上游坝肩横向模具的下侧均与坝基上游横向模具栓接，所述下游河道面模具和下游坝肩横向模具均与坝基下游横向模具栓接，所述坝肩纵向模具的下侧与坝基纵向模具栓接。

8、一种高效组装式高拱坝结构成型方法，包括以下步骤：

9、s1、首先对坝基底盘支模，将坝基纵向模具(2.8)、坝基上游横向模具(2.9)和坝基下游横向模具(2.10)栓接在坝基底部模具(2.11)上，形成坝基底盘钢模具；

10、s2、使用混凝土在坝基底盘钢模具内进行浇筑，保证混凝土浇筑面平整，并与坝基纵向模具、坝基上游横向模具、坝基下游横向模具的上侧边沿平齐，养护三天；

11、s3、在进行步骤s2的同时，将上游坝面模具、下游坝面模具、侧面坝体模具和坝体底面模具组装栓接完成，形成坝体钢模具，而后对其进行浇筑，置于标准养护条件下进行静置养护七天，拆模后得到混凝土坝体结构，而后通过吊装将混凝土坝体结构吊装至混凝土坝基底盘上方的上游坝肩内侧面模具和下游坝肩内侧面模具所在位置之间；

12、s4、在坝基底盘钢模具上安装坝肩结构钢模具，将上游坝肩内侧面模具、上游河道面模具、上游坝肩横向模具、下游坝肩内侧面模具、下游河道面模具、下游坝肩横向模具、坝肩纵向模具相邻模具间以及与坝基底盘模具组装栓接完成，形成坝肩结构钢模具；

13、s5、对坝肩结构进行浇筑，养护至七天后拆模成型，完成整个高拱坝结构模型的浇筑成型工作。

14、本发明的有益效果在于：

15、1、设计思路清晰明确，依据坝体结构、坝基底盘和坝肩结构三部分独立浇筑成型的设计思路，将三者单独设计模具，坝肩结构和坝基底盘与坝体互相嵌固，且整套钢模具均由单片模具组装而成，这为操作和浇筑成型带来方便；

16、2、基于本模具及其成型方法可以极好的模拟坝体结构嵌固于坝肩山体的结构关系，也可以对坝体结构在河道上进行精确定位，并最大限度避免不连续浇筑造成的新老结构面问题；

17、3、选用钢模具等具备高强度、刚度材料制作高拱坝结构模型模具，并采用单片组装式的原则，可以达到减小模具变形，重复利用模具、节省人力、时间和经济成本的效果；

18、4、模具结构简单，组装方便，模具可以随时组装，也可整体运输。

19、5、浇筑成型方法易操作，可以极大降低浇筑成型工作量，提升浇筑成型效率。

技术特征：

1.一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具，其特征在于，包括：坝体钢模具(1)和坝基钢模具(2)；所述坝体钢模具(1)安装在坝基钢模具(2)上，所述坝体钢模具(1)包括上游坝面模具(1.1)、下游坝面模具(1.2)、侧面坝体模具(1.3)和坝体底面模具(1.4)；所述上游坝面模具(1.1)的底部栓接有坝体底面模具(1.4)，所述上游坝面模具(1.1)的两侧均栓接有侧面坝体模具(1.3)，所述侧面坝体模具(1.3)的底部与坝体底面模具(1.4)栓接，所述下游坝面模具(1.2)两侧均与侧面坝体模具(1.3)栓接，底部与坝体底面模具(1.4)栓接。

2.根据权利要求1所述的一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具，其特征在于，所述上游坝面模具(1.1)和下游坝面模具(1.2)的横截面均为弧形，所述坝体钢模具(1)的形状为内凹的扇形，凹陷方向为上游坝面模具(1.1)所在方向。

3.根据权利要求1所述的一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具，其特征在于，所述坝基钢模具(2)包括：坝肩结构钢模具和坝基底盘钢模具，所述坝肩结构钢模具安装在坝基底盘钢模具的上侧。

4.根据权利要求3所述的一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具，其特征在于，所述坝肩结构钢模具包括：上游坝肩内侧面模具(2.1)、上游河道面模具(2.2)、上游坝肩横向模具(2.3)、下游坝肩内侧面模具(2.4)、下游河道面模具(2.5)、下游坝肩横向模具(2.6)和坝肩纵向模具(2.7)；所述上游河道面模具(2.2)的两侧均栓接有上游坝肩内侧面模具(2.1)，所述上游坝肩内侧面模具(2.1)的一侧与上游坝肩横向模具(2.3)栓接，所述下游河道面模具(2.5)的两侧均与下游坝肩内侧面模具(2.4)栓接，所述下游坝肩内侧面模具(2.4)的一侧与下游坝肩横向模具(2.6)栓接，所述坝肩纵向模具(2.7)的一侧与上游坝肩横向模具(2.3)栓接，另一侧与下游坝肩横向模具(2.6)栓接，所述上游河道面模具(2.2)、上游坝肩横向模具(2.3)的下侧、下游河道面模具(2.5)、下游坝肩横向模具(2.6)的下侧和坝肩纵向模具(2.7)的下侧均与坝基底盘钢模具栓接。

5.根据权利要求4所述的一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具，其特征在于，所述坝基底盘钢模具包括：坝基纵向模具(2.8)、坝基上游横向模具(2.9)、坝基下游横向模具(2.10)和坝基底部模具(2.11)；所述坝基底部模具(2.11)形状为矩形，且两个长边分别与坝基上游横向模具(2.9)和坝基下游横向模具(2.10)栓接，两个短边各栓接一块坝基纵向模具(2.8)，所述上游河道面模具(2.2)和上游坝肩横向模具(2.3)的下侧均与坝基上游横向模具(2.9)栓接，所述下游河道面模具(2.5)和下游坝肩横向模具(2.6)均与坝基下游横向模具(2.10)栓接，所述坝肩纵向模具(2.7)的下侧与坝基纵向模具(2.8)栓接。

6.一种高效组装式高拱坝结构成型方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具实现，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种高效组装式高拱坝结构模型钢模具及其成型方法，属于水利工程技术领域，包括：坝体钢模具和坝基钢模具；所述坝体钢模具安装在坝基钢模具上，所述坝体钢模具包括上游坝面模具、下游坝面模具、侧面坝体模具和坝体底面模具；所述上游坝面模具的底部栓接有坝体底面模具，所述上游坝面模具的两侧均栓接有侧面坝体模具，所述侧面坝体模具的底部与坝体底面模具栓接，所述下游坝面模具两侧均与侧面坝体模具栓接，底部与坝体底面模具栓接。本发明具有将模型分为三部分独立浇筑，操作简单，成型更快，可以模拟坝体结构嵌固于坝肩山体的效果，采用单片组装式的原则，可以达到减小模具变形，重复利用模具、节省人力、时间和经济成本的优点。技术研发人员：胡少伟,李景浩,胡钰泉,叶宇霄,许耀群,齐浩,刘小龙,李超众,李越受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27