[發明專利]一種模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110289587.2
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112903483B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 師燕超;李忠獻;丁陽;劉昊琨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01N3/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 薄華宇

1.一種模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗裝置，其特征是，包括塔架(8)、懸空導軌(2)、錘體(3)、傳感器(4)、錘頭(5)、錘體提升裝置、預埋墊板(6)、緩沖塊體(7)和沖擊墊板(14)，所述預埋墊板(6)設置在試驗用的子結構試件(1)上部，所述緩沖塊體(7)設置在所述預埋墊板(6)上部，所述沖擊墊板(14)設置在所述緩沖塊體(7)上部；所述懸空導軌(2)與所述塔架(8)固定連接，所述錘頭(5)固定連接在所述錘體(3)的底端，所述傳感器(4)設置在所述錘體(3)與所述錘頭(5)之間，所述錘體提升裝置與所述錘體(3)的頂端連接，其中，緩沖塊體(7)的長與寬與子結構試件(1)的沖擊面尺寸相同，緩沖塊體(7)的厚度d根據錘體(3)的質量m、沖擊力峰值P和沖擊持時t來計算得到；

緩沖塊體(7)的厚度d的計算方法如下：

其中，A、B、C、D、E、F、G為與質量有關的函數，表達式如下：

其中，d單位為mm，m單位為kg，v單位為m/s，P單位為kN，t單位為ms，試驗前，通過數值模擬在一定TNT當量的條件下，對結構產生的沖擊力時程曲線，確定沖擊力峰值P與沖擊持時t，根據確定的錘體(3)的質量m，帶入方程組(I)和(II)，解出相應的v與d，即計算出相應的沖擊速度v和緩沖塊體(7)的厚度d。

2.根據權利要求1所述的模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗裝置，其特征是，所述錘體提升裝置包括定滑輪(10)、鋼絲繩(11)、提升電機(13)和吊鉤(12)，所述鋼絲繩(11)繞過所述定滑輪(10)，且所述鋼絲繩(11)的兩端分別與所述提升電機(13)和所述吊鉤(12)固定連接，所述吊鉤(12)勾住所述錘體(3)。

3.根據權利要求2所述的模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗裝置，其特征是，所述定滑輪(10)與所述塔架(8)固定連接。

4.根據權利要求1所述的模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗裝置，其特征是，所述懸空導軌(2)垂直設置于試驗用的子結構試件(1)上方，所述錘頭(5)位于子結構試件(1)的失效節點上方。

5.一種模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗方法，其特征是，包括以下步驟：

S1：將子結構試件(1)安裝至試驗臺(9)上，確保子結構試件(1)的失效節點截面形心與錘頭(5)的截面形心豎向對準，保證沖擊力作用在子結構試件(1)的軸心位置；

S2：將不帶砝碼的錘體(3)略微提升一定高度，進行試沖擊試驗，確保測量儀表與數采系統的完好，此過程確保子結構試件(1)處于彈性變形階段；

S3：確定沖擊參數，其中，緩沖塊體(7)的長與寬與子結構試件(1)的沖擊面尺寸相同，緩沖塊體(7)的厚度d根據錘體(3)的質量m、沖擊力峰值P和沖擊持時t來計算得到；

S4：將緩沖塊體(7)安裝在子結構試件(1)的沖擊面處，并利用錘體提升裝置將錘體(3)提升到指定高度；確定錘體(3)的質量m后，在錘體(3)上增加相應質量的砝碼，使錘體(3)達到確定后的質量；

S5：釋放錘體(3)，傳感器(4)同步采集子結構試件(1)的受力、位移和應變數據，同時，通過高速攝像捕捉子結構試件(1)的破壞模式；

其中，緩沖塊體(7)的厚度d的計算方法如下：

其中，A、B、C、D、E、F、G為與質量有關的函數，表達式如下：

其中，d單位為mm，m單位為kg，v單位為m/s，P單位為kN，t單位為ms，試驗前，通過數值模擬在一定TNT當量的條件下，對結構產生的沖擊力時程曲線，確定沖擊力峰值P與沖擊持時t，根據確定的錘體(3)的質量m，帶入方程組(I)和(II)，解出相應的v與d，即計算出相應的沖擊速度v和緩沖塊體(7)的厚度d。

6.根據權利要求5所述的模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗方法，其特征是，沖擊參數包括錘體(3)的質量m，沖擊速度v以及緩沖塊體厚度d。

7.根據權利要求5所述的模擬爆炸荷載下梁板結構倒塌破壞的試驗方法，其特征是，步驟S1還包括：通過對子結構試件(1)設置側向約束模擬真實的子結構邊界條件。