本发明专利技术公开了一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法及其装置，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件进行弯曲韧性测试，首先对试件进行动态加载；记录加速度计的曲线图；其特征在于，还包括以下步骤：（1）将作用在试件中间的广义惯性荷载来代替所述的试件上分布的惯性力；（2）根据动态平衡方程，评估真实的弯曲荷载；（3）根据一维应力波理论，计算混凝土试件的动荷载；(4)根据纤维混凝土构件所吸收的能量 的大小可判断出纤维混凝土构件的弯曲韧性。本发明专利技术操作简单，加载速度高，可有效地测出高应变率下的纤维混凝土构件的韧性。
【技术实现步骤摘要】
纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法及其装置
本专利技术属于冲击动力学材料特性测试
，涉及一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法及其装置。
技术介绍
混凝土材料是一种脆性材料，这种材料容易在外力作用下未发生显著变形就突然破坏。所以，为了保证混凝土材料使用时的安全性，通常通过在混凝土材料中添加各种金属、有机或无机材料来改善混凝土的韧性，常见的有：钢筋混凝土、纤维混凝土、活性粉末混凝土等。其中，纤维混凝土以其突出的优点，成为了现在研究的热点。纤维材料可以增加混凝土的韧性，纤维掺量越多，混凝土的韧性提高的越明显，相应的安全性和耐久性也得到了改善，这是众多研究学者目前得到的普遍结论。随着纤维材料的发展，就需要定量地评价混凝土的韧性，从量上提高结果的可比性。混凝土的韧性包括混凝土的断裂韧性和弯曲韧性。断裂韧性主要指材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能，表征材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。弯曲韧性主要是用来衡量添加的纤维对混凝土裂纹的抑制作用，目前有的测量和计算方式是基于纤维在混凝土裂纹出现时的能量吸收能力进行判定的。目前，国内外普遍采用的混凝土构件弯曲韧性的测试方法是利用静态的三分点弯曲试验。这种方法的步骤是：利用电液伺服试验机进行静态加载，挠度由位于试件跨中的夹式引伸计测得；记录所加在试件上的荷载值和加载过程中的挠度值；参照北美ASTMC1018-98标准对数据进行处理，并对纤维混凝土韧性的判断。该方法加载速度较低，难以测出高应变率下的纤维混凝土构件的弯曲韧性。SHPB技术也称为分离式霍普金森压杆技术，是研究材料动态力学性能最基本的试验方法之一，也是近年来研究中高应变率冲击问题普遍采用的装置。多年来，SHPB试验装置迅速发展，不断完善，由于结构简单、操作方便、能够精确控制冲击条件，但基于SHPB技术的有关材料韧性尤其是弯曲韧性的测定装置和方法尚未得到开发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不中足之处，提供一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法及其装置，能够基于SHPB技术对混凝土构件的韧性进行测试，操作简单，加载速度高，可有效地测出高应变率下的纤维混凝土构件的韧性。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术的一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧性测试装置包括气枪、子弹、入射杆、透射杆、应变片、加速度计、桥盒、与计算机相连的数据采集系统；测试时保持霍普金森压杆的加载端面光滑平整，并与杆长方向相垂直；使气枪中的子弹加速撞击入射杆没有刻痕和裂纹的一端，从而在入射杆中产生入射压缩脉冲并向着所述的混凝土试件传播；当入射脉冲冲击所述的混凝土试件完整的一端时，一部分的入射脉冲传递进混凝土试件进而传进透射杆转化成压缩脉冲并破坏所述的混凝土试件；同时，剩余的入射脉冲作为拉伸应力脉冲反射回入射杆；上述过程产生的入射应变量εI和反射应变量εR通过入射杆中点的应变片测量，而透射应变量εT由透射杆中点的应变片测量；通过所述的混凝土试件上的三个加速度计测得沿试件长度上的加速度分布和试件的变形情况；利用已知的沿试件长度方向上的加速度，求取所述试件上分布的惯性力；其特征在于：还包括以下步骤；(1)将作用在试件中间的广义惯性荷载来代替所述的试件上分布的惯性力，即：其中，Pi(t)表示广义惯性荷载，ρ表示混凝土的质量密度，A表示试件的截面面积，表示试件中心的加速度，l表示试件的跨度，h：试件的悬垂长度；(2)依据已知试件中心的广义惯性荷载Pi(t)，可以将所述试件简化为单自由度体系，所以，根据Pb(t)＝Pt(t)-Pi(t)动态平衡方程，可以评估真实的弯曲荷载；其中，Pb(t)表示广义弯曲荷载，Pt(t)表示观测动荷载，Pi(t)表示广义惯性荷载；(3)根据一维应力波理论，长为L的混凝土试件的动荷载Pt(t)为：Pt(t)＝E′A0εT(t)；其中，E′是霍普金森压杆的杨氏模量，A0是霍普金森压杆的截面面积，εT(t)是在不同时间由透射杆上应变片所测量的应变量，则：在弯曲测试中，试件的跨中挠度u0(t)：式中表示试件中心的加速度，u0(t)表示试件跨中挠度；从纤维混凝土构件所吸收的能量根据Dn的大小可判断出纤维混凝土构件的弯曲韧性。本专利技术的纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧性测试装置包括气枪、子弹、入射杆、透射杆、应变片、加速度计、桥盒、与计算机相连的数据采集系统；其特征在于：在所述的入射杆和透射杆的相对应的两个受压面上分别设置有一个入射杆万向头和一个透射杆万向头；在所述的入射杆万向头和透射杆万向头相对端面上分别设有入射杆凹槽和透射杆凹槽；在每个所述的入射杆凹槽、透射杆凹槽内均设置有一个高强度钢加载销；所述的混凝土试件设置有预制的刻痕和裂纹；所述的混凝土试件被夹持在所述的入射杆万向头和透射杆万向头上的高强度钢加载销之间，其中试件有刻痕和裂纹的一面与透射杆万向头上的加载销接触。在所述的入射杆万向头和透射杆万向头的相对端面上所设有的入射杆凹槽与透射杆凹槽的数量差为1。所述的预制的裂纹长度和混凝土试件的宽度之比为1:1。所述的混凝土试件长度为子弹长度的2倍。所述的入射杆和透射杆的长度均为1500mm，子弹长度为80mm；入射杆、透射杆和子弹的直径均为38mm。所述的入射杆和透射杆采用6061型铝合金材料制成。相比现有技术，本专利技术具有以下优点：1.基于SHPB技术对混凝土构件的韧性进行测试，以分离式霍普金森压杆试验装置为基础，解决了纤维混凝土在高应变率条件下的韧性测量与计算问题，测量结果精度高。2.测试方法操作简单，加载速度高。3.实现荷载位移全过程的测量，得到了荷载与位移的真实曲线。去除了惯性力的影响，使计算结果更加精确。以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术所述的纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法流程图。图2为本专利技术所述的纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置示意图。图3为图2所示A局部的放大图。图4为本专利技术的加速度计测量混凝土弯曲韧性原理图。图5为本专利技术所述方法的弯曲韧性指标计算示意图。其中，气枪(10)，子弹(20)，入射杆(30)，入射杆凹槽(31)，透射杆(40)，透射杆凹槽(41)，应变片(50)，加速度计(60)，桥盒(70)，数据采集系统(80)，混凝土试件(90)，入射杆万向头(101)，透射杆万向头(102)。具体实施方式本专利技术的纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件90进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧性测试装置包括气枪10、子弹20、入射杆30、透射杆40、应变片50、加速度计60、桥盒70、与计算机相连的数据采集系统80；测试时保持霍普金森压杆的加载端面光滑平整，并与杆长方向相垂直；使气枪10中的子弹20加速撞击入射杆30没有刻痕和裂纹的一端，从而在入射杆30中产生入射压缩脉冲并向着所述的混凝土试件90传播；当入射脉冲冲击所述的混凝土试件90完整的一端时，一部分的入射脉冲传递进混凝土试件90进而传进透射杆4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件(90)进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧性测试装置包括气枪(10)、子弹(20)、入射杆(30)、透射杆(40)、应变片(50)、加速度计(60)、桥盒(70)、与计算机相连的数据采集系统(80)；测试时保持霍普金森压杆的加载端面光滑平整，并与杆长方向相垂直；使气枪(10)中的子弹(20)加速撞击入射杆(30)没有刻痕和裂纹的一端，从而在入射杆(30)中产生入射压缩脉冲并向着所述的混凝土试件(90)传播；当入射脉冲冲击所述的混凝土试件(90)完整的一端时，一部分的入射脉冲传递进混凝土试件(90)进而传进透射杆(40)转化成压缩脉冲并破坏所述的混凝土试件(90)；同时，剩余的入射脉冲作为拉伸应力脉冲反射回入射杆(30)；上述过程产生的入射应变量εI和反射应变量εR通过入射杆(30)中点的应变片(50)测量，而透射应变量εT由透射杆(40)中点的应变片(50)测量；通过所述的混凝土试件(90)上的三个加速度计(60)测得沿试件(90)长度上的加速度分布和试件(90)的变形情况；利用已知的沿试件长度方向上的加速度，求取所述试件(90)上分布的惯性力；其特征在于：还包括以下步骤；(1)将作用在试件中间的广义惯性荷载来代替所述的试件(90)上分布的惯性力，即：Pi(t)=ρAu..o(t)[l/3+(8/3)/(h3/l2)]]]>其中，Pi(t)表示广义惯性荷载，ρ表示混凝土的质量密度，A表示试件的截面面积，表示试件中心的加速度，l表示试件的跨度，h：试件的悬垂长度；(2)依据已知试件中心的广义惯性荷载Pi(t)，可以将所述试件(90)简化为单自由度体系，所以，根据Pb(t)＝Pt(t)‑Pi(t)动态平衡方程，可以评估真实的弯曲荷载；其中，Pb(t)表示广义弯曲荷载，Pt(t)表示观测动荷载，Pi(t)表示广义惯性荷载；(3)根据一维应力波理论，长为L的混凝土试件的动荷载为：Pt(t):Pt(t)＝E′A0εT(t)其中，E′是霍普金森压杆的杨氏模量，A0是霍普金森压杆的截面面积，则：Pb(t)=Pt(t)-Pi(t)=ρAu..o(t)[l/3+(8/3)/(h3/l2)]]]>在弯曲测试中，试件的跨中挠度u(t)：从纤维混凝土构件所吸收的能量根据Dn的大小可判断出纤维混凝土构件的弯曲韧性。...
【技术特征摘要】
1.一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件(90)进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧性测试装置包括气枪(10)、子弹(20)、入射杆(30)、透射杆(40)、应变片(50)、加速度计(60)、桥盒(70)、与计算机相连的数据采集系统(80)；测试时保持霍普金森压杆的加载端面光滑平整，并与杆长方向相垂直；使气枪(10)中的子弹(20)加速撞击入射杆(30)没有刻痕和裂纹的一端，从而在入射杆(30)中产生入射压缩脉冲并向着所述的混凝土试件(90)传播；当入射脉冲冲击所述的混凝土试件(90)完整的一端时，一部分的入射脉冲传递进混凝土试件(90)进而传进透射杆(40)转化成压缩脉冲并破坏所述的混凝土试件(90)；同时，剩余的入射脉冲作为拉伸应力脉冲反射回入射杆(30)；上述过程产生的入射应变量εI和反射应变量εR通过入射杆(30)中点的应变片(50)测量，而透射应变量εT由透射杆(40)中点的应变片(50)测量；通过所述的混凝土试件(90)上的三个加速度计(60)测得沿试件(90)长度上的加速度分布和试件(90)的变形情况；利用已知的沿试件长度方向上的加速度，求取所述试件(90)上分布的惯性力；其特征在于：还包括以下步骤；(1)将作用在试件中间的广义惯性荷载来代替所述的试件(90)上分布的惯性力，即：其中，Pi(t)表示广义惯性荷载，ρ表示混凝土的质量密度，A表示试件的截面面积，表示试件中心的加速度，l表示试件的跨度，h：试件的悬垂长度；(2)依据已知试件中心的广义惯性荷载Pi(t)，可以将所述试件(90)简化为单自由度体系，所以，根据Pb(t)＝Pt(t)-Pi(t)动态平衡方程，可以评估真实的弯曲荷载；其中，Pb(t)表示广义弯曲荷载，Pt(t)表示观测动荷载，Pi(t)表示广义惯性荷载；(3)根据一维应力波理论，长为L的混凝土试件的动荷载Pt(t)为：Pt(t)＝E′A0εT(t)其中，E′是霍普金森压杆的杨氏模量，A0是霍普金森压杆的截面面积，εT(t)是在不同时间由透射杆上应变片所测量的应变量，则：在弯曲测试中，试件的跨中挠度u0(t)：式中表示试...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈徐东，陈晨，邵羽，徐令宇，盛汝清，邓蘅鑫，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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