[發明專利]測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010659610.8
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111638118B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 郭玉柱;陳徐東;沈楠;黃業博;程熙媛
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/04;G01N3/06;G01N3/30
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 嚴志平

本發明公開了一種測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的裝置，包括入射桿、試件夾持機構、透射桿；所述試件夾持機構包括雙向螺桿、定位鋼桶、輔助鋼桶及拉桿式位移傳感器各兩個，定位鋼桶和輔助鋼桶設置在雙向螺桿外；兩個定位鋼桶相互靠近并留有間隙，兩個雙向螺桿之間夾持待測混凝土試件，待測混凝土試件外套有韌性硅膠套，并與雙向螺桿同軸；拉桿式位移傳感器的兩端分別通過細桿固定在兩個定位鋼桶上，兩個拉桿式位移傳感器對稱設置。本發明提供的測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的裝置，能夠限定將混凝土沖擊至一定應變值，且韌性硅膠套的包裹作用使試塊沖擊后保持一定形態，防止了試塊的爆碎。

技術領域

本發明涉及混凝土材料的動態特性測定裝置及方法，尤其涉及一種測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的裝置及方法，屬于混凝土材料測試技術領域。

背景技術

混凝土材料廣泛地應用于水工大壩、橋梁墩臺、地下工程等。然而，這些結構極易遭受撞擊、爆炸以及地震等高應變率荷載的沖擊。當這些大型工程結構遭受不同應變率的沖擊或不同應變量的沖擊作用后，結構內部的裂紋擴展機理是不同的，具體表現在會形成不同的裂紋空間形態、數量和路徑。因此，測試混凝土材料沖擊至某一應變值時的內部裂紋擴展機理，可以作為一種判斷沖擊應變率和應變量的有效方式，為評估混凝土結構遭受的沖擊烈度和程度評估提供理論依據，這對混凝土結構安全評估極為重要。

目前為了測試沖擊荷載對混凝土的破壞，通常采用SHPB試驗裝置，在混凝土沖擊破裂后分析碎塊的破裂程度，但無法分析沖擊過程中試塊內部裂紋空間形態、數量和位置，而且測試沖擊至一定應變狀態下的混凝土內部裂紋擴展機理的試驗難度較大。

發明內容

目的：為了克服現有技術中測試混凝土沖擊至一定應變值時的內部裂紋擴展機理的困難，本發明提供一種測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的裝置及方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的裝置，包括入射桿、試件夾持機構、透射桿；所述試件夾持機構包括雙向螺桿、定位鋼桶、輔助鋼桶及拉桿式位移傳感器各兩個，所述定位鋼桶和輔助鋼桶設置在雙向螺桿外側；

兩個所述定位鋼桶相互靠近，兩個定位鋼桶中間留有間隙，兩個所述雙向螺桿之間夾持待測混凝土試件，所述待測混凝土試件外套有韌性硅膠套，待測混凝土試件與雙向螺桿同軸；所述拉桿式位移傳感器的兩端分別通過細桿固定在兩個定位鋼桶上，拉桿式位移傳感器與定位鋼桶的中心軸線平行，兩個拉桿式位移傳感器對稱設置；所述入射桿、透射桿分別與兩側的雙向螺桿固定。

進一步地，所述雙向螺桿的端面軸心位置設有凹槽，套有韌性硅膠套的待測混凝土試件的端部卡入所述凹槽內。

進一步地，所述輔助鋼桶緊貼定位鋼桶。

進一步地，所述定位鋼桶、輔助鋼桶內側設有與雙向螺桿匹配的內螺紋，通過螺紋配合將定位鋼桶、輔助鋼桶旋緊在雙向螺桿上。

一種利用上述的裝置測試混凝土受定量應變沖擊后內部裂紋擴展的方法，包括如下步驟：

兩側的雙向螺桿分別固定入射桿和透射桿端；將待測混凝土試件放置于韌性硅膠套中，將套好韌性硅膠套的混凝土試件卡入雙向螺桿端面的凹槽內，混凝土試件的兩端與雙向螺桿緊貼密實待測；

根據預設的要測試的沖擊應變值ε₀，旋轉定位鋼桶至合適位置，此時兩個定位鋼桶之間的間隙為ΔL，再選擇輔助鋼桶將定位鋼桶壓緊；

安裝拉桿式位移傳感器，并進行調零；

采用SHPB對混凝土試件施加沖擊荷載，記錄拉桿式位移傳感器測量結果；取下沖擊后的混凝土試件，將韌性硅膠套的兩端口封住，采用工業CT對混凝土試件進行掃描；

對測試結果進行分析，計算應變值和應變率；對CT掃描的切片圖像進行分析。