[发明专利]高应变率下混凝土拉伸模量的试验装置及方法

说明书

本发明公开一种高应变率下混凝土拉伸模量的试验装置及方法。通过在装置中加设整形片和劈拉端头能够解决动态劈裂拉伸实验方法存在的问题，具体的，在入射杆端头加设整形片，整形片的设置能保证试件所受撞击力不受二次反射应力波影响，同时满足加载应变速率基本稳定，方便对加载荷载进行计算；在试件与入射杆、透射杆接触位置对称放置有配合使用的刚性垫片与刚性垫杆，设置的刚性垫片与刚性垫杆能够保证荷载撞击试件时能集中作用在圆盘两端点，从而建立了一种非常便捷、实验相对简单且成功率高的混凝土高应变率下拉伸模量的试验方法。

技术领域

本发明属于冲击动力学技术领域，具体涉及一种高应变率下混凝土拉伸模量的试验装置及方法。

背景技术

混凝土是一种不均质、各向异性的材料。因此，其拉伸模量不同于其压缩模量。同时，混凝土具有率敏感性，许多大型的混凝土结构工程不仅承受着变化还蛮的静荷载作用，还要承受各种变化剧烈的动荷载作用，混凝土在动态条件下的力学性能显著区别于静态条件。

为了更好地评估混凝土动态抗拉力学性能，有必要明确混凝土在高应变率下的弹性模量。目前，除了直接拉伸试验外，对动态条件下的混凝土拉伸模量测量还没有更为便捷的方式。但是混凝土动态直接拉伸试验成功率低，试验周期长；劈裂拉伸实验相对简单且成功率高，但现有劈拉计算方法主要集中于静态实验，动态劈裂拉伸实验方法存在如下问题：动态试验应力波受接触面介质不同影响，应力波多次反射后撞击力难以计算；根据劈拉试件中心点处应力应变曲线斜率得出的试件劈裂拉伸模量不等于其直接拉伸条件下的拉伸模量。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于巴西圆盘试件的高应变率下混凝土拉伸模量的试验装置及方法。该方法基于霍普金森原理的基础，是一种新的混凝土动态劈裂拉伸力学性能研究的试验方法，可以测得混凝土在高应变率条件下的拉伸模量。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高应变率下混凝土拉伸模量的试验装置，包括气室、子弹、支座、入射杆、透射杆，入射杆、透射杆放置于支座上，通过调整支座和气室，使子弹、入射杆和透射杆中心对准；入射杆沿杆长方向在杆段尾段处黏贴有第一应变片；透射杆杆段中心处沿杆长方向黏贴有第二应变片；巴西圆盘试件上底面中心处黏贴两块第三应变片，第三应变片方向垂直于受力方向，所述第二应变片、第一应变片与试件之间的距离相等；在试件与入射杆、透射杆接触位置对称放置有配合使用的刚性垫片与刚性垫杆，所述入射杆和透射杆的间距恰好使垫片、垫杆、巴西圆盘试件被夹持在入射杆和透射杆中心处；所述第一应变片、第二应变片、第三应变片与应变仪桥路连接。在该技术方案中，设置的刚性垫片与刚性垫杆能够保证荷载撞击试件时能集中作用在圆盘两端点。

优选地，所述入射杆端头加设有整形片。整形片的设置能保证试件所受撞击力不受二次反射应力波影响，同时满足加载应变速率基本稳定，方便对加载荷载进行计算。

进一步的，所述整形片采用直径20mm、厚度2mm的紫铜片。

优选的，所述刚性垫片上设有恰好容纳刚性垫杆的缺口，所述刚性垫杆与试件直接接触。

优选的，所述子弹、入射杆和透射杆、垫片和垫杆均采用48CrMoA圆钢材质，其杨氏模量210GPa，密度7850kg/m³，波速5172m/s。

进一步的，所述入射杆长3200mm，直径74mm，与子弹接触的一端直径渐变为37mm；所述透射杆为长1800mm，直径74mm的细长圆柱体；所述子弹直径为37mm，长度为600mm；所述垫片厚度为8mm，截面为直径74mm的圆形；垫杆直径为10mm，长度为74mm。

一种高应变率下混凝土拉伸模量的试验方法，包括如下步骤：

S1、放置并调整设备：将入射杆、透射杆放置于支座上，调整支座和气室，保证子弹、入射杆和透射杆的中心对准；