一种混凝土抗拉冲击性能试验装置及其冲击试验方法制造方法及图纸

一种混凝土抗拉冲击性能试验装置及其冲击试验方法。目前在混凝土的冲击测试试验过程中，无法直接表征混凝土的抗拉冲击性能，获取手段均为间接手段，导致试验结果准确性还需验证。本发明专利技术包括底座、支撑框、冲击框、上夹具和下夹具，底座水平设置，支撑框设置在底座上，支撑框包括上板和若干个立柱，若干个立柱竖直并列设置在底座上，上板水平设置在若干个立柱上，上夹具的上端固定连接在上板的底面上，冲击框穿设在上板上，冲击框的底部设置有下夹具，下夹具在冲击框的带动下沿上板的厚度方向作出往复升降运动，上夹具和下夹具之间可拆卸连接有试件。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土抗拉冲击性能试验装置及其冲击试验方法
本专利技术涉及一种混凝土抗拉冲击性能试验装置及其冲击试验方法，属土木工程

技术介绍
混凝土是土木工程领域中应用最为广泛的建筑材料之一，在使用期内，除了承受静态荷载外，还不可避免的遭受冲击作用，如车辆对道路设施的碰撞等。作为一种率敏感材料，在冲击作用下，混凝土的特性会发生很大的改变。目前对混凝土抗拉冲击性能的测试主要是通过巴西圆盘和层裂试验来间接地进行，无法直接地表征混凝土的抗拉冲击性能。总之，在混凝土的冲击测试试验过程中，获取手段均为间接手段，无法直接表征混凝土的抗拉冲击性能，导致试验结果准确性还需验证，急需准确可靠混凝土的抗拉冲击性能的试验装置和试验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，以解决目前在混凝土的冲击测试试验过程中，获取手段均为间接手段，无法直接表征混凝土的抗拉冲击性能，导致试验结果准确性还需验证的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，包括底座、支撑框、冲击框、上夹具和下夹具，所述底座水平设置，所述支撑框设置在底座上，支撑框包括上板和若干个立柱，所述若干个立柱竖直并列设置在底座上，上板水平设置在若干个立柱上，上夹具的上端固定连接在上板的底面上，冲击框穿设在上板上，冲击框的底部设置有下夹具，下夹具在冲击框的带动下沿上板的厚度方向作出往复升降运动，上夹具和下夹具之间可拆卸连接有试件。作为优选方案：冲击框包括顶板、施力块和两根导向杆，所述顶板水平在上板的上方，顶板的上端面设置有施力块，施力块的上端面加工有凹槽，上板沿其厚度方向并列加工有两个内孔，每个内孔内穿设有一个导向杆，导向杆的外壁与内孔的孔内壁滑动配合，每个导向杆的上端与顶板的下端面固定连接，两个导向杆的下端之间设置有下夹具。作为优选方案：底座设置在总座体上，所述总座体上还配合设置有支撑总成，支撑总成包括支撑杆和下横板，支撑杆竖直设置在底座上，支撑杆的下端与底座的固定连接，支撑杆的上端水平设置有下横板，下横板沿支撑杆的长度方向往复滑动，下横板沿其厚度方向加工有通孔，下横板的下端面上设置有释放筒，释放筒与通孔相连通，释放筒内设置有落锤，落锤与释放筒的内壁磁性连接，落锤的底部设置有冲击力传感器，落锤与凹槽相配合设置。作为优选方案：冲击框配合设置有配重组件，所述配重组件包括两个配重单体，两个配重单体并列设置在冲击框的两侧，每个配重单体与导向杆一一对应设置，每个配重单体包括滑轮、连接绳和配重锤，所述滑轮设置在顶板内，连接绳的一端与对应的导向杆相连接，连接绳的另一端绕过滑轮后与配重锤相连接。作为优选方案：下夹具为倒置T形块，下夹具的竖直端朝向上夹具设置，下夹具的竖直端上加工有配合试件的下夹持豁口。作为优选方案：上夹具为矩形块体，上夹具的上端与上板的底面固定连接，上夹具的下端加工有上夹持豁口，上夹持豁口的形状与下夹持豁口的形状相同，上夹持豁口与下夹持豁口相对设置。作为优选方案：试件的中部贴有应变系统，应变系统包括两个应变片，两个应变片分别设置在试件的前侧面和后侧面上。利用具体实施方式八所述的一种混凝土抗拉冲击性能试验装置实现的冲击试验方法，所述冲击试验方法包括以下内容：总冲击能的计算：首先对落锤及冲击力传感器进行对中操作，确保落锤及冲击力传感器在下落撞击在冲击框的几何中心处，试验前应进行预实验，确定落锤及冲击力传感器的冲击高度h，根据落锤的质量M锤，根据公式一求得总冲击能，公式一为：W冲击＝M锤gh；上式中g为当地的重力加速度，单位为m/s2；冲击力时程曲线的确定：将制作完毕的试件进行称重，根据试件的质量，根据公式二计算得出所需的配重质量，公式二为：2M配重＝M冲击框+M下夹具+M试件；确定出所需的配重质量后，将试件放置于上夹具和下夹具之间进行冲击，随着落锤及冲击力传感器的下落，落锤碰撞到冲击框时，通过冲击力传感器获取的冲击力数据计算得到冲击力时程曲线；应力-应变曲线的确定：冲击框带动下夹具及试件同步向下移动，配合处于静止状态的上夹具，使得试件处于受拉状态，此时试件中部的受拉区域产生了均匀的拉应力，同时由于两个配重锤的质量与冲击框、下夹具及试件的质量之和相同，因此，两个配重锤的重力势能与冲击框、下夹具及试件的重力势能抵消，冲击力完全作用于试件上，即试件所受到的冲击拉力即为冲击力传感器测得的冲击力，根据试件的横截面S截面，计算得到的冲击力F冲击，即可根据公式三求出试件在冲击过程中产生的拉应力σu，公式三为：σu＝F冲击/S截面；由于试件的中部贴有应变系统，冲击框、上夹具和下夹具相互配合实现的冲击过程中，试件与应变系统同步发生变形，应变系统通过与其连接的动态应变采集箱即可采集到冲击产生的应变εu，通过应变εu以及拉应力σu建立以应变εu为横坐标、拉应力σu为纵坐标的坐标系，最终得到最终的应力-应变曲线。作为优选方案：通过应变系统的两个应变片分别获取试件前侧面和后侧面的应变量，两个应变量的平均值即为应变εu的最终确定值，即εu＝(εu前+εu后)/2。本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：一、本专利技术针对现有混凝土直接拉伸冲击试验装置的匮乏，通过底座、支撑框、冲击框、上夹具和下夹具之间相互配合使试件直接受冲击框的冲击力，冲击力通过下夹具与处于静态的上夹具对试件直接拉伸，产生拉应力，从而实现直接对试件进行拉伸冲击，获取的拉伸冲击数据更加准确可靠，无需验证。填补了混凝土直接拉伸冲击试验装置的空白。二、本专利技术中的配重组件能够实现对试件下部的配重效果，增强其稳定性，使得试件在自由状态下不会受到重力作用。三、本专利技术的结构紧凑合理，整体体积较小，方便搬运与测量。本专利技术不仅能够准确地测量混凝土材料在中、高速应变率作用下的力学性能，还能分析动态拉伸应力作用下材料的破坏损伤特征。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图；图2为底座、支撑框、冲击框、上夹具、下夹具和支撑总成之间连接关系的立体结构示意图；图3是本专利技术的第一主视结构示意图；图4是本专利技术的第二主视结构示意图；图5是本专利技术的侧视结构示意图；图6是试件的主视结构示意图；图7是试件的侧视结构示意图；图8为通过落锤处的冲击力传感器可测量得到相应的冲击力时程曲线示意图；图9为试件6在冲击作用下的动态拉伸应力-应变曲线示意图；图10为应变率时程曲线示意图。图中，1-底座；2-支撑框；2-1-上板；2-2-立柱；3-冲击框；3-1-顶板；3-2-施力块；3-3-导向杆；4-上夹具；5-下夹具；6-试件；6-1-中杆；6-2-端头；7-配重组件；7-1-滑轮；7-2-连接绳；7-3-配重锤；8-下夹持豁口；9-连接钩；10-上夹持豁口；11-内孔；12-落锤；13-冲击力传感器；14-应变片；15-1-支撑杆；15-2-下横板；15-3-上横板；16-释放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，其特征在于：包括底座(1)、支撑框(2)、冲击框(3)、上夹具(4)和下夹具(5)，所述底座(1)水平设置，所述支撑框(2)设置在底座(1)上，支撑框(2)包括上板(2-1)和若干个立柱(2-2)，所述若干个立柱(2-2)竖直并列设置在底座(1)上，上板(2-1)水平设置在若干个立柱(2-2)上，上夹具(4)的上端固定连接在上板(2-1)的底面上，冲击框(3)穿设在上板(2-1)上，冲击框(3)的底部设置有下夹具(5)，下夹具(5)在冲击框(3)的带动下沿上板(2-1)的厚度方向作出往复升降运动，上夹具(4)和下夹具(5)之间可拆卸连接有试件(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，其特征在于：包括底座(1)、支撑框(2)、冲击框(3)、上夹具(4)和下夹具(5)，所述底座(1)水平设置，所述支撑框(2)设置在底座(1)上，支撑框(2)包括上板(2-1)和若干个立柱(2-2)，所述若干个立柱(2-2)竖直并列设置在底座(1)上，上板(2-1)水平设置在若干个立柱(2-2)上，上夹具(4)的上端固定连接在上板(2-1)的底面上，冲击框(3)穿设在上板(2-1)上，冲击框(3)的底部设置有下夹具(5)，下夹具(5)在冲击框(3)的带动下沿上板(2-1)的厚度方向作出往复升降运动，上夹具(4)和下夹具(5)之间可拆卸连接有试件(6)。


2.根据权利要求1所述的一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，其特征在于：冲击框(3)包括顶板(3-1)、施力块(3-2)和两根导向杆(3-3)，所述顶板(3-1)水平在上板(2-1)的上方，顶板(3-1)的上端面设置有施力块(3-2)，施力块(3-2)的上端面加工有凹槽(18)，上板(2-1)沿其厚度方向并列加工有两个内孔(11)，每个内孔(11)内穿设有一个导向杆(3-3)，导向杆(3-3)的外壁与内孔(11)的孔内壁滑动配合，每个导向杆(3-3)的上端与顶板(3-1)的下端面固定连接，两个导向杆(3-3)的下端之间设置有下夹具(5)。


3.根据权利要求2所述的一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，其特征在于：底座(1)设置在总座体(20)上，所述总座体(20)上还配合设置有支撑总成，支撑总成包括支撑杆(15-1)和下横板(15-2)，支撑杆(15-1)竖直设置在底座(1)上，支撑杆(15-1)的下端与底座(1)的固定连接，支撑杆(15-1)的上端水平设置有下横板(15-2)，下横板(15-2)沿支撑杆(15-1)的长度方向往复滑动，下横板(15-2)沿其厚度方向加工有通孔，下横板(15-2)的下端面上设置有释放筒(16)，释放筒(16)与通孔相连通，释放筒(16)内设置有落锤(12)，落锤(12)与释放筒(16)的内壁磁性连接，落锤(12)的底部设置有冲击力传感器(13)，落锤(12)与凹槽(18)相配合设置。


4.根据权利要求3所述的一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，其特征在于：冲击框(3)配合设置有配重组件(7)，所述配重组件(7)包括两个配重单体，两个配重单体并列设置在冲击框(3)的两侧，每个配重单体与导向杆(3-3)一一对应设置，每个配重单体包括滑轮(7-1)、连接绳(7-2)和配重锤(7-3)，所述滑轮(7-1)设置在顶板(3-1)内，连接绳(7-2)的一端与对应的导向杆(3-3)相连接，连接绳(7-2)的另一端绕过滑轮(7-1)后与配重锤(7-3)相连接。


5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种混凝土抗拉冲击性能试验装置，其特征在于：下夹具(5)为倒置T形块，下夹具(5)的竖直端朝向上夹具(4)设置，下夹具(5)的竖直端上加工有配合试件(6)的下夹持豁口(8)。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨英姿，霍彦霖，陈智韬，刘天安，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23