CN106596299B - 基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，包括浇筑模具、由浇注模具浇筑而成的试件和用于测试拉伸力学性能的固定装置，试件包括由上至下依次设置的第一圆柱体和第二圆柱体，试件延轴向开有盲孔，盲孔直径小于第二圆柱体直径，固定装置上安装用于对盲孔施加冲击荷载的冲击棒，冲击棒底部设有圆盘。与普通圆柱体试件和梁形试件相比，本发明采用的试件结构简单且具有更小的质量，在固定装置和试件的接触区放置橡胶垫或橡胶盘，有利于降低内力作用和冲击荷载读数受惯性作用的影响，与传统测量方法相比，本发明能直接测得在中应变率条件下混凝土的动态直接拉伸力学性能，数据准确率高，误差小，可操作性强，具有广阔的应用前景。

Description

基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置及其方法
技术领域
本发明涉及建筑材料的力学性能测试方法，具体涉及一种基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置及其方法。
背景技术
混凝土是最常见的建筑材料，但人们对混凝土的研究还远远不够。目前，对于混凝土的动态力学方面的研究主要集中于霍普金森实验方法和落锤实验方法，霍普金森的试验方法主要分为直接拉伸和间接拉伸，直接拉伸操作十分困难，试验难度系数大，且间接拉伸计算得到的强度不能完全等效于混凝土的直接拉伸强度。因此提供一种高效的混凝土直接拉伸力学性能试验方法具有非常重大的意义。
发明内容
本发明提供基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置及其方法，以解决现有技术中存在的直接拉伸操作困难和间接拉伸数据不准确的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，包括试件和用于测试拉伸力学性能的固定装置，试件包括由上至下依次设置的第一圆柱体和第二圆柱体，第一圆柱体直径大于第二圆柱体直径，试件延轴向开有盲孔，盲孔直径小于第二圆柱体直径，固定装置上安装用于对盲孔施加冲击荷载的冲击棒，冲击棒底部设有圆盘，圆盘直径小于盲孔直径。
进一步的，还包括用于浇筑形成试件的浇筑模具，所述浇筑模具包括两个由上至下直径依次减小的圆柱体模具，两个圆柱体模具通过圆台模具相接，圆台模具两端直径分别与两个圆柱体模具直径相同，圆台模具直径延轴向由上至下依次减小，浇筑模具内伸入用于形成盲孔的导管。
进一步的，所述第一圆柱体和第二圆柱体通过圆台过渡段相接，圆台过渡段一端直径与第一圆柱体直径相同，另一端直径与第二圆柱体直径相同，圆台过渡段直径延轴向由上至下依次减小。
进一步的，所述固定装置还包括底座、两个对称设置在底座上的支撑柱、导向管、压力板和落锤，压力板两端分别与穿入支撑柱的导向管相连，每个导向管分别延与其相连的支撑柱纵向滑动，压力板顶部放置用于产生冲击荷载的铁块，压力板底部安装竖直向下的落锤，落锤底部设有冲击棒，底座上设有用于固定试件的钢管，冲击棒纵向中心线与钢管纵向中心线重合。
进一步的，所述压力板底部中心安装竖直向下的落锤，落锤底部中心设有冲击棒。
进一步的，所述冲击棒为圆柱体，圆盘底部设置橡胶盘，圆盘直径不小于冲击棒直径。
进一步的，所述第二圆柱体上延其圆周方向设置应变片，且在应变片下方延垂直于纵轴线方向切割第二圆柱体形成横向凹口，用于控制试件的断裂位置，盲孔底部内侧放置橡胶垫，冲击棒上延其圆周方向设置应变片，然后将试件通过钢管放置在固定装置的底座上，冲击棒与盲孔位置相对且二者纵向中心线重合，通过改变压力板顶部铁块的重量使冲击棒在不同铁块重量的压力作用下对试件产生不同的冲击力，并通过应变片测量拉伸数值，得到试件的拉伸应变和冲击棒产生的冲击荷载大小。
进一步的，所述第二圆柱体中部延同一高度的圆周方向等间距粘接四个应变片，所述冲击棒底部同一高度的圆周方向上延纵向轴线等间距粘接四个应变片。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置及其方法，包括浇筑模具、由浇注模具浇筑而成的试件和用于测试拉伸力学性能的固定装置，试件包括由上至下依次设置的第一圆柱体和第二圆柱体，试件延轴向开有盲孔，盲孔直径小于第二圆柱体直径，固定装置上安装用于对盲孔施加冲击荷载的冲击棒，冲击棒底部设有圆盘。与普通圆柱体试件和梁形试件相比，本发明采用的空心圆柱体试件，试件质量相较于普通圆柱体试件或梁形试件小，冲击荷载读数受惯性作用影响小，在加载装置和试件的接触区域放置橡胶垫或橡胶盘，有利于降低内力作用的影响，与传统测量方法相比，本发明对落锤试验装置进行了改装，得到在中应变率条件下的混凝土的直接拉伸力学性能，数据准确率高，误差小，结构简单，可操作性强，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的试件形状示意图；
图2是本发明的试验装置示意图；
图3是本发明的试验加载部位示意图；
其中，1-冲击棒；2-应变片；3-圆盘；4-橡胶垫；5-试件；6-固定装置；7-盲孔；8-第一圆柱体；9-第二圆柱体；10-圆台过渡段；11-支撑柱；12-导向管；13-压力板；14-落锤；15-钢管；16-底座。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
名词解释：
全桥接线法：在所需测量构件表面同一高度位置沿圆周均匀分布四个纵轴线方向的电阻应变片，在测量电桥的四个桥臂上全部连接电阻应变计,称为全桥接线法即全桥线路，为电阻应变片测试构件表面线应变的常用方法。
如图1-3所示，基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置包括试件5、用于浇注形成试件5的浇注模具和用于测试拉伸力学性能的固定装置6。浇筑模具包括两个由上至下直径依次减小的圆柱体模具，两个圆柱体模具通过圆台模具连接，圆台模具两端直径分别与两个圆柱体模具直径相同，圆台模具直径延其轴向由上至下依次减小，浇筑模具延轴向伸入用于形成盲孔7的导管，浇筑模具通过铁架固定导管，通过浇筑模具浇筑形成的试件包括由上至下依次设置的第一圆柱体8和第二圆柱体9，第一圆柱体8直径大于第二圆柱体9直径，第一圆柱体8和第二圆柱体9通过圆台过渡段10相接，圆台过渡段10一端直径与第一圆柱体8直径相同，圆台过渡段10另一端直径与第二圆柱体9直径相同，圆台过渡段10直径延轴向由上至下依次减小，试件5延轴向开有盲孔7，盲孔7深度与导管伸入浇筑模具内的长度相同，盲孔7深度小于试件5竖直高度，盲孔7直径小于第二圆柱体9直径。
固定装置6包括导向管12、压力板13、落锤14、底座16和两个对称设置在底座16上的支撑柱11，每个支撑柱11上分别套有一个导向管12，每个导向管12分别延与其相连的支撑柱11纵向滑动，两个导向管12通过压力板13连接，压力板13顶部放置用于产生冲击荷载的铁块，压力板13底部中心安装竖直向下的落锤14，落锤14底部中心设有用于对盲孔7施加冲击荷载的冲击棒1，冲击棒1为圆柱体，冲击棒1直径小于盲孔7直径，冲击棒1底部设有圆盘3，圆盘3直径小于盲孔7直径，圆盘3直径不小于冲击棒1直径，用于确保冲击棒1底面平整且能保护应变片2，铁质圆盘3底部设置橡胶盘，用于减小惯性震荡，固定装置6的底座16通过螺栓连接用于固定试件5的钢管15，冲击棒1纵向中心线与钢管15纵向中心线重合。
本发明试验过程：
采用全桥接线法进行拉伸力学性能测试：第二圆柱体9上沿同一高度的圆周方向等间距粘接四个应变片2且在应变片2下方延垂直于纵轴线方向切割第二圆柱体9形成等高度的横向凹口，用于控制试件5的断裂位置，冲击棒1底部同一高度的圆周方向上延纵向轴线等间距粘接四个应变片2，然后将试件5通过钢管15放置在固定装置6的底座16上，冲击棒1与盲孔7位置相对且二者纵向中心线重合，盲孔7底部放置橡胶垫4，用于减少冲击棒1在进行冲击加载时对试件5产生的内应力，延长其使用寿命，通过增加或降低堆放在压力板13上的铁块数量使冲击棒1在不同铁块重量的压力作用下对试件5产生不同的冲击压力，并通过应变片2测量拉伸数据，得到冲击棒1产生的冲击荷载大小和试件5的拉伸应变。
本案不限定浇筑模具的尺寸、冲击棒1的尺寸、圆盘3的尺寸和试件5及盲孔7的尺寸，可根据实际需求加以灵活改变。
实施例1
基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置包括试件5、用于浇注形成试件5的浇注模具、用于向试件5提供压力的冲击棒1、电阻应变片2、铁质圆盘3、橡胶垫4、用于测试拉伸力学性能的固定装置6、盲孔7、第一圆柱体8、第二圆柱体9、圆台过渡段10、支撑柱11、导向管12、压力板13、落锤14、钢管15和底座16。浇筑模具包括两个直径由上至下依次减小的圆柱体模具，两个圆柱体模具通过圆台模具连接，圆台模具两端直径分别与两个圆柱体模具直径相同，圆台模具直径延轴向由上至下依次减小，浇筑模具延其轴向伸入用于形成盲孔7的导管，浇筑模具通过铁架固定导管。试件5通过与其相互匹配的浇筑模具浇筑形成，包括由上至下依次设置的第一圆柱体8和第二圆柱体9，第一圆柱体8直径大于第二圆柱体9直径，第一圆柱体8和第二圆柱体9通过圆台过渡段10相接，圆台过渡段10上底面直径与第一圆柱体8直径相同，圆台过渡段10下底面直径与第二圆柱体9直径相同，圆台过渡段10直径延轴向由上至下依次减小，试件5延轴向开有盲孔7，盲孔7深度与导管伸入浇筑模具内的长度相同，盲孔7深度小于试件5竖直高度，盲孔7直径小于第二圆柱体9直径。
浇筑模具采用钢材质，浇筑模具由上至下设置的圆柱体钢模直径分别为12cm和10cm且二者通过圆台状钢模连接，圆台状钢模的上底面直径为12cm，下底面直径为10cm，与两个圆柱体钢模相匹配，在浇筑模具顶端通过铁架固定一根直径为3cm、深入长度为12cm的导管，导管伸入浇筑模具内的长度与盲孔7的深度相同。第一圆柱体8的直径为7cm，长度为10cm，圆台过渡段10的高度为2cm，第二圆柱体9的直径12cm，长度为3cm，盲孔7的直径为3cm，盲孔竖直高度为12cm。
固定装置6包括导向管12、压力板13、落锤14、底座16和两个对称设置在底座16上的支撑柱11，每个支撑柱11上分别套有一个导向管12，每个导向管12分别延与其相连的支撑柱11纵向滑动，两个导向管12通过压力板13连接，压力板13顶部放置用于产生冲击荷载的铁块，压力板13底部中心安装竖直向下的落锤14，落锤14底部中心设有用于对盲孔7施加冲击荷载的冲击棒1，冲击棒1底部设有圆盘3，冲击棒1为圆柱体，圆盘3直径大于冲击棒1直径且小于盲孔7直径，压力板13顶部放置用于产生冲击荷载的铁块，固定装置6的底座16通过螺栓连接用于固定试件5的钢管15，冲击棒1纵向中心线与钢管15纵向中心线重合。
冲击棒1为长度为10cm、直径为2cm的圆柱体，在冲击棒1底部焊接直径为2.5cm的铁质圆盘3，在冲击棒1和试件5之间提供一个均匀接触面，保护电阻应变片2在试验过程中不会因与试件5内壁摩擦而受损，铁质圆盘3底部粘贴橡胶盘，用于减小惯性震荡的影响。
本发明试验过程：
本发明采用的应变片为电阻应变片，在试件5底部直径为10cm的第二圆柱体9中部延同一高度的圆周方向等间距粘接四个电阻应变片2且在电阻应变片2下方延垂直于纵轴线方向切割第二圆柱体9形成等高度的横向凹口，用于控制试件5的断裂位置，冲击棒1底部同一高度的圆周方向上延纵轴线等间距粘接四个电阻应变片2，随后将试件5通过钢管15放置在固定装置6的底座16上，冲击棒1与盲孔7位置相对且二者纵向中心线重合，盲孔7底部内侧放置橡胶垫4，用于减少冲击棒1在进行冲击加载时对试件5产生的内应力作用，延长其使用寿命，采用全桥接线法对试件5进行拉伸力学性能试验，通过增加或降低堆放在压力板13上的铁块数量使冲击棒1在不同铁块重量的压力作用下对试件5产生不同的冲击压力，电阻应变片2的机械形变引起电阻变化，通过测量电阻应变片2得到拉伸力学数据，得到冲击棒1产生的冲击荷载大小和试件5的拉伸应变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，包括试件(5)和用于测试拉伸力学性能的固定装置(6)，其特征在于，所述试件(5)包括由上至下依次设置的第一圆柱体(8)和第二圆柱体(9)，第一圆柱体(8)直径大于第二圆柱体(9)直径，试件(5)延轴向开有盲孔(7)，盲孔(7)直径小于第二圆柱体(9)直径，固定装置(6)上安装用于对盲孔(7)施加冲击荷载的冲击棒(1)，冲击棒(1)底部设有圆盘(3)，圆盘(3)直径小于盲孔(7)直径，还包括用于浇筑形成试件(5)的浇筑模具，所述浇筑模具包括两个由上至下直径依次减小的圆柱体模具，两个圆柱体模具通过圆台模具相接，圆台模具两端直径分别与两个圆柱体模具直径相同，圆台模具直径延轴向由上至下依次减小，浇筑模具内伸入用于形成盲孔(7)的导管。
2.根据权利要求1所述的基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，其特征在于，所述第一圆柱体(8)和第二圆柱体(9)通过圆台过渡段(10)相接，圆台过渡段(10)一端直径与第一圆柱体(8)直径相同，另一端直径与第二圆柱体(9)直径相同，圆台过渡段(10)直径延轴向由上至下依次减小。
3.根据权利要求1所述的基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，其特征在于，所述固定装置(6)还包括底座(16)、两个对称设置在底座(16)上的支撑柱(11)、导向管(12)、压力板(13)和落锤(14)，压力板(13)两端分别与穿入支撑柱(11)的导向管(12)相连，每个导向管(12)分别延与其相连的支撑柱(11)纵向滑动，压力板(13)顶部放置用于产生冲击荷载的铁块，压力板(13)底部安装竖直向下的落锤(14)，落锤(14)底部设有冲击棒(1)，底座(16)上设有用于固定试件(5)的钢管(15)，冲击棒(1)纵向中心线与钢管(15)纵向中心线重合。
4.根据权利要求3所述的基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，其特征在于，所述压力板(13)底部中心安装竖直向下的落锤(14)，落锤(14)底部中心设有冲击棒(1)。
5.根据权利要求1所述的基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置，其特征在于，所述冲击棒(1)为圆柱体，圆盘(3)底部设置橡胶盘，圆盘(3)直径不小于冲击棒(1)直径。
6.一种采用权利要求1-5任一所述的基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置的方法，其特征在于，所述第二圆柱体(9)上延其圆周方向设置应变片(2)，且在应变片(2)下方延垂直于纵轴线方向切割第二圆柱体(9)形成横向凹口，用于控制试件(5)的断裂位置，盲孔(7)底部内侧放置橡胶垫，冲击棒(1)上延其圆周方向设置应变片(2)，然后将试件(5)通过钢管(14)放置在固定装置(6)的底座(15)上，冲击棒(1)与盲孔(7)位置相对且二者纵向中心线重合，通过改变压力板(13)顶部铁块的重量使冲击棒(1)在不同铁块重量的压力作用下对试件(5)产生不同的冲击力，并通过应变片(2)测量拉伸数值，得到试件(5)的拉伸应变和冲击棒(1)产生的冲击荷载大小。
7.根据权利要求6所述的基于落锤试验的混凝土动态直接拉伸试验装置的方法，其特征在于，所述第二圆柱体(9)中部延同一高度的圆周方向等间距粘接四个应变片(2)，所述冲击棒(1)底部同一高度的圆周方向上延纵轴线等间距粘接四个应变片(2)。
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