[發明專利]基于壓膜效應的梁式構件抗爆炸作用試驗裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202210165894.4
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114594006A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳萬祥;閆鳳國;孟凡俊;孫航;郭志昆;王德榮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了基于壓膜效應的梁式構件抗爆炸作用試驗裝置及測試方法，其將對稱設于梁式結構縱向兩側的多根圓形鋼管通過圓形凹槽與位于梁式構件縱向兩側的墊塊連接，同時利用設置的滾軸使梁在受到橫向荷載后能夠縱向自由伸縮，并通過數據采集裝置在不同時刻采集電阻應變片監測到的壓縮應變數據ε_i以及位移傳感器監測到的垂向位移數據，進行計算和統計分析，獲得在爆炸荷載作用下梁式構件不同時刻垂向位移所對應的壓膜作用大小、以及在爆炸荷載與壓膜效應下梁式構件的撓度?時間關系，并以此定量判斷壓膜效應對梁式構件抗爆炸承載力的影響，進而使梁式構件的承載力能得到合理的利用，并節省制造材料和制造成本。

技術領域

本發明涉及基于壓膜效應的梁式構件抗爆炸作用試驗裝置及測試方法，屬于梁式構件抗爆炸試驗技術領域。

背景技術

抗爆炸結構中，具有類比剛度的弱聯結框架梁或圍框約束的板不宜簡化為簡支或固支梁式構件。在爆炸作用下梁式構件的下邊緣出現拉伸，在某些情況下其縱向變形受到支座的約束，使得梁式構件端部產生擠壓，并使受拉區的伸長受到限制，同時在結構的內部產生縱向壓力。且由于縱向壓力屬于梁式構件下部受拉區的偏心力，因而會進一步在支座與構件接觸邊界產生彎矩作用。同時，縱向壓力與彎矩的共同作用(即壓膜效應)隨梁式構件撓度變化而變化，并導致結構的抗力和破壞模式發生改變。

一般而言，壓膜效應會導致梁式構件的抗力明顯提高，而傳統屈服線理論并沒有考慮壓膜效應對梁式構件的抗力影響，例如現有的設計規范把壓膜效應對抗力的影響看作一種安全儲備而不以深入研究，或者籠統地將基于屈服線理論得到的結構抗力乘以1.5～2.0系數進行考慮，導致嚴重低估梁式構件的結構承載力，從而導致承載力難以得到合理利用，并增加了梁式構件的制造材料和制作成本。因此，弄清壓膜效應對梁式構件結構抗力的作用機理可以更加準確預測梁式構件的結構承載能力(抗力)，使梁式構件的承載力能得到合理的利用，并節省制造材料和制造成本。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供基于壓膜效應的梁式構件抗爆炸作用試驗裝置及測試方法，旨在獲取相關的實驗數據，以供研究弄清壓膜效應對梁式構件結構抗力的作用機理。

為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了基于壓膜效應的梁式構件抗爆炸作用試驗裝置，包括混凝土支墩和位于滾凝土支墩上的梁式構件，還包括：

壓膜作用加載機構，所述壓膜作用加載機構包括分別與梁式構件縱向兩端壁位于中性面以下的部分貼合的墊塊、多根位于墊塊和梁式構件之間的圓形鋼管、以及對稱設于梁式構件底部縱向兩側的滾軸；

多個電阻應變片，位于梁式構件縱向至少一側的所述圓形鋼管橫截面分別裝有所述電阻應變片，用于監測所在圓形鋼管的壓縮應變數據；

多個位移傳感器，多個所述位移傳感器設于梁式構件正下方且縱向間隔分布，用于監測梁式構件的不同部位的垂向位移；以及數據采集裝置，所述數據采集裝置用于在梁式構件受爆炸荷載與壓膜效應共同作用的不同時刻，采集各個電阻應變片監測到的壓縮應變數據以及各個位移傳感器監測到的垂向位移數據，以供后續與圓形鋼管已知的彈性模量、直徑、長度L、泊松比u、加載角α和各圓形鋼管的軸線與中性面的距離di結合進行計算和統計分析，獲得所有圓形鋼管在所述不同時刻為梁式構件提供的縱向總約束力數據N和總抵抗彎矩數據M，從而獲得在爆炸荷載作用下梁式構件不同時刻垂向位移所對應的壓膜作用大小、以及在爆炸荷載與壓膜效應下梁式構件的撓度-時間關系。

進一步的，所述梁式構件縱向兩側設有兩個墊塊，所述一墊塊通過高強度環氧樹脂與梁式構件兩側端壁緊密結合，所述墊塊側壁均布設有半圓形的第一凹槽，二者緊密結合形成圓形凹槽，同時圓形鋼管的直徑與水平凹槽相適，以供圓形鋼管卡入，所述一墊塊通過高強度環氧樹脂與梁端壁緊密結合，所述另一墊塊與混凝土支墩緊密結合。

進一步的，所述圓形鋼管的數量與圓形凹槽一致，且所述墊塊的上端面與梁式構件水平中軸線重合。