[發(fā)明專利]高應(yīng)變率下混凝土拉伸模量的試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710063285.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106769550B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳徐東;袁佳怡;袁昊天;劉志恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/307
• 分類號(hào): G01N3/307
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種高應(yīng)變率下混凝土拉伸模量的試驗(yàn)裝置，包括氣室(1)、子彈(2)、支座(3)、入射桿(4)、透射桿(9)，入射桿(4)、透射桿(9)放置于支座(3)上，通過(guò)調(diào)整支座(3)和氣室(1)，使子彈(2)、入射桿(4)和透射桿(9)中心對(duì)準(zhǔn)；其特征在于：所述入射桿(4)沿桿長(zhǎng)方向在桿段尾段處黏貼有第一應(yīng)變片(5)，所述透射桿(9)沿桿長(zhǎng)方向在桿段中心處黏貼有第二應(yīng)變片(11)；在巴西圓盤試件(8)中心處相對(duì)黏貼兩塊第三應(yīng)變片(7)，第三應(yīng)變片(7)方向垂直于受力方向，所述第二應(yīng)變片(11)、第一應(yīng)變片(5)與試件(8)之間的距離相等；在試件(8)與入射桿(4)、透射桿(9)接觸位置對(duì)稱放置有配合使用的剛性墊片(6)與剛性墊桿(10)，所述入射桿(4)和透射桿(9)的間距恰好使墊片(6)、墊桿(10)、試件(8)被夾持在入射桿(4)和透射桿(9)中心處；所述第一應(yīng)變片(5)、第二應(yīng)變片(11)、第三應(yīng)變片(7)與應(yīng)變儀橋路連接；

該試驗(yàn)裝置通過(guò)如下步驟得到高應(yīng)變率下混凝土的拉伸模量：

S1、放置并調(diào)整設(shè)備：將入射桿(4)、透射桿(9)放置于支座(3)上，調(diào)整支座(3)和氣室(1)，保證子彈(2)、入射桿(4)和透射桿(9)的中心對(duì)準(zhǔn)；

S2、黏貼應(yīng)變片：將第一應(yīng)變片(5)黏貼在入射桿(4)桿段尾段處，第一應(yīng)變片(5)長(zhǎng)邊沿桿長(zhǎng)方向；第二應(yīng)變片(11)黏貼于透射桿(9)桿段中心處，第二應(yīng)變片(11)長(zhǎng)邊平行于桿長(zhǎng)方向并與第一應(yīng)變片(5)保持在同一水平位置，所述第二應(yīng)變片(11)與第一應(yīng)變片(5)距離試件(8)的粘貼距離相等；第三應(yīng)變片(7)共兩塊相對(duì)黏貼在試件(8)中心處，第三應(yīng)變片(7)長(zhǎng)邊垂直于受力方向；第一應(yīng)變片(5)、第二應(yīng)變片(11)、第三應(yīng)變片(7)尺寸相同；

S3、放置試件：將入射桿(4)、墊片(6)、墊桿(10)、試件(8)、墊桿(10)、墊片(6)、透射桿(9)依次按序排列放置，調(diào)整入射桿(4)和透射桿(9)間距，使墊片(6)、墊桿(10)、試件(8)剛好被夾持在入射桿(4)和透射桿(9)中心處；

S4、連接應(yīng)變儀：將第一應(yīng)變片(5)、第二應(yīng)變片(11)、第三應(yīng)變片(7)與應(yīng)變儀橋路連接；

S5、取圓柱形圓盤試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，給氣室(1)加壓，對(duì)子彈(2)加以一定的沖擊力，使其具有一定的撞擊速度來(lái)撞擊入射桿(4)，產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波經(jīng)由入射桿 (4)、墊片(6)、墊桿(10)，傳遞到試件(8)上使其發(fā)生劈裂；

S6、采集應(yīng)變片所記錄的數(shù)據(jù)，帶入公式進(jìn)行計(jì)算即可得到高應(yīng)變率下的混凝土拉伸模量；

其中，步驟S6中公式的計(jì)算方法為：

S61、當(dāng)子彈(2)撞擊入射桿(4)時(shí)，桿件內(nèi)部產(chǎn)生縱向的入射壓縮波，由于不同的阻抗，入射波在入射桿(4)和試件(8)接觸的界面處被部分反射回入射桿(4)，基于三波法可得到：

P₁＝E(ε_i+ε_r)

P₂＝Eε_tr

其中，P₁為入射桿撞擊線荷載、P₂為透射桿支持線荷載，單位為N/m；E為入射桿楊氏模量，E＝210GPa；ε_i為入射桿應(yīng)變片所記錄的入射波最大應(yīng)變；ε_r為入射桿應(yīng)變片所記錄的反射波最大應(yīng)變，ε_tr為透射桿應(yīng)變片所記錄的透射波最大應(yīng)變；

S62、去除劈拉端頭對(duì)試件撞擊力計(jì)算的影響，求得試件實(shí)際所受撞擊力P：

S63、對(duì)試件應(yīng)力計(jì)算方法如下，取試件高度方向上任一橫截面，截面任意位置處單元體應(yīng)力狀態(tài)如下：

其中，σ_r是單元體法向拉應(yīng)力，σ_θ是單元體切向拉應(yīng)力，τ_rθ是單元體切應(yīng)力，R是試件截面半徑，r,θ是極坐標(biāo)系下的單元體坐標(biāo)，α為應(yīng)力作用范圍所對(duì)應(yīng)的圓心角的一半，參考ISRM國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)規(guī)范，取2α＝10°；經(jīng)過(guò)參數(shù)轉(zhuǎn)換，x,y為直角坐標(biāo)系下的單元體坐標(biāo)，坐標(biāo)原點(diǎn)為應(yīng)變片中心點(diǎn)，應(yīng)變片中心線處，取y＝0時(shí)，即沿x軸方向上任意一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)如下：

τ_xy＝0

其中，σ_x是單元體x軸方向拉應(yīng)力，σ_y是單元體y軸方向拉應(yīng)力，τ_xy是單元體切應(yīng)力，l為試件厚度，l＝74mm；D為試件截面直徑；

S64、試件中心應(yīng)變片測(cè)量值等于如下理論公式的計(jì)算值，因y軸方向上的壓應(yīng)力是x軸方向上拉應(yīng)力的兩倍，故因?yàn)椴此尚?yīng)引起的拉伸模量不可忽視；沿直徑水平方向上，應(yīng)變片范圍內(nèi)，第三應(yīng)變片測(cè)量的試件劈裂拉伸應(yīng)變量ε_t按如下理論公式計(jì)算：

其中，L取第三應(yīng)變片長(zhǎng)度的一半，E_t為所求混凝土拉伸模量，v為試件泊松比；化簡(jiǎn)最終得出混凝土拉伸模量：

其中，劈裂拉伸模量E_s＝2P/πDlε_t由所測(cè)應(yīng)力應(yīng)變曲線決定，其中應(yīng)力σ_t＝2P/πDl，取應(yīng)力應(yīng)變曲線線性段斜率；或者，取E_s＝[(1/2)σ_t,max]/ε_t，其中σ_t,max/2取應(yīng)力應(yīng)變曲線中最大應(yīng)力的一半，ε_t則是達(dá)到最大應(yīng)力一半時(shí)所對(duì)應(yīng)拉伸應(yīng)變量。