[發明專利]纖維混凝土構件的彎曲韌性測試方法及其裝置

有效

• 申請號: 201510288071.0
• 申請日: 2015-05-29
• 公開（公告）號: CN105043895B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 陳徐東;陳晨;邵羽;徐令宇;盛汝清;鄧蘅鑫
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于沖擊動力學材料特性測試技術領域，涉及一種纖維混凝土構件的彎曲韌性測試方法及其裝置。

背景技術

混凝土材料是一種脆性材料，這種材料容易在外力作用下未發生顯著變形就突然破壞。所以，為了保證混凝土材料使用時的安全性，通常通過在混凝土材料中添加各種金屬、有機或無機材料來改善混凝土的韌性，常見的有：鋼筋混凝土、纖維混凝土、活性粉末混凝土等。其中，纖維混凝土以其突出的優點，成為了現在研究的熱點。

纖維材料可以增加混凝土的韌性，纖維摻量越多，混凝土的韌性提高的越明顯，相應的安全性和耐久性也得到了改善，這是眾多研究學者目前得到的普遍結論。隨著纖維材料的發展，就需要定量地評價混凝土的韌性，從量上提高結果的可比性。

混凝土的韌性包括混凝土的斷裂韌性和彎曲韌性。斷裂韌性主要指材料抵抗裂紋擴展斷裂的韌性性能，表征材料阻止裂紋擴展的能力，是材料抵抗脆性破壞的韌性參數。彎曲韌性主要是用來衡量添加的纖維對混凝土裂紋的抑制作用，目前有的測量和計算方式是基于纖維在混凝土裂紋出現時的能量吸收能力進行判定的。

目前，國內外普遍采用的混凝土構件彎曲韌性的測試方法是利用靜態的三分點彎曲試驗。這種方法的步驟是：利用電液伺服試驗機進行靜態加載，撓度由位于試件跨中的夾式引伸計測得；記錄所加在試件上的荷載值和加載過程中的撓度值；參照北美ASTM C1018-98標準對數據進行處理，并對纖維混凝土韌性的判斷。該方法加載速度較低，難以測出高應變率下的纖維混凝土構件的彎曲韌性。

SHPB技術也稱為分離式霍普金森壓桿技術，是研究材料動態力學性能最基本的試驗方法之一，也是近年來研究中高應變率沖擊問題普遍采用的裝置。多年來，SHPB試驗裝置迅速發展，不斷完善，由于結構簡單、操作方便、能夠精確控制沖擊條件，但基于SHPB技術的有關材料韌性尤其是彎曲韌性的測定裝置和方法尚未得到開發。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不中足之處，提供一種纖維混凝土構件的彎曲韌性測試方法及其裝置，能夠基于SHPB技術對混凝土構件的韌性進行測試，操作簡單，加載速度高，可有效地測出高應變率下的纖維混凝土構件的韌性。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案。

本發明的一種纖維混凝土構件的彎曲韌性測試方法，基于分離式霍普金森壓桿裝置組成混凝土構件的彎曲韌性測試裝置對混凝土試件進行彎曲韌性測試，所述彎曲韌性測試裝置包括氣槍、子彈、入射桿、透射桿、應變片、加速度計、橋盒、與計算機相連的數據采集系統；

測試時保持霍普金森壓桿的加載端面光滑平整，并與桿長方向相垂直；

使氣槍中的子彈加速撞擊入射桿沒有刻痕和裂紋的一端，從而在入射桿中產生入射壓縮脈沖并向著所述的混凝土試件傳播；

當入射脈沖沖擊所述的混凝土試件完整的一端時，一部分的入射脈沖傳遞進混凝土試件進而傳進透射桿轉化成壓縮脈沖并破壞所述的混凝土試件；同時，剩余的入射脈沖作為拉伸應力脈沖反射回入射桿；

上述過程產生的入射應變量ε_I和反射應變量ε_R通過入射桿中點的應變片測量，而透射應變量ε_T由透射桿中點的應變片測量；

通過所述的混凝土試件上的三個加速度計測得沿試件長度上的加速度分布和試件的變形情況；利用已知的沿試件長度方向上的加速度，求取所述試件上分布的慣性力；

其特征在于：還包括以下步驟；

(1)將作用在試件中間的廣義慣性荷載來代替所述的試件上分布的慣性力，即：

其中，P_i(t)表示廣義慣性荷載，ρ表示混凝土的質量密度，A表示試件的截面面積，表示試件中心的加速度，l表示試件的跨度，h：試件的懸垂長度；

(2)依據已知試件中心的廣義慣性荷載P_i(t)，可以將所述試件簡化為單自由度體系，所以，根據P_b(t)＝P_t(t)-P_i(t)動態平衡方程，可以評估真實的彎曲荷載；

其中，P_b(t)表示廣義彎曲荷載，P_t(t)表示觀測動荷載，P_i(t)表示廣義慣性荷載；

(3)根據一維應力波理論，長為L的混凝土試件的動荷載P_t(t)為：

P_t(t)＝E′A₀ε_T(t)；