CN109001034A - 一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，包括以下步骤：浇筑混凝土试件，标准养护28天；将制得的混凝土试件的底部竖向固定在测试装置中，在混凝土试件上安装保护箱体并施加轴向荷载；卸下保护箱体，在混凝土试件的上端施加激振力并通过设置在混凝土试件上的加速度传感器记录加速度信号，对混凝土试件的动力性能进行测试分析，计算阻尼比。本发明可在测试阻尼的时候同时施加荷载，对不同的混凝土材料以及损伤后的混凝土材料阻尼性能进行测试，测试结果准确可信，可以用于比较不同服役阶段混凝土材料的阻尼特性，本发明具有显著的工程价值和科学价值。

Description

一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法。

背景技术

结构阻尼由多种不同的阻尼机制组成，主要包括材料阻尼机制和界面阻尼机制。材料阻尼指材料由于内部原因引起的机械振动能量消耗的特性，又称为内耗，是衡量材料本身减震新能的重要指标。结构分析中各种响应都是阻尼的函数，因此能否正确估计阻尼直接影响到结构动力分析结果的可靠性，因此在建筑结构动力分析中，阻尼比的选择和取值十分重要。

结构的模态识别中，阻尼比的识别精度远低于固有频率和振型的识别精度，测试结果受噪声干扰时更为糟糕，同时阻尼测量的重复性较差，尤其是对混凝土材料这种小阻尼系统。但是在结构设计规范中对阻尼比只是按照结构形式给与一个参考值，而没有考虑实际结构中选用材料不同导致的差异。因此为了设计出具有更好抗震性能的结构，必然需要在从材料层次上对混凝土结构阻尼性能进行研究。

常用的混凝土测试方法有在混凝土中配置钢丝制作成混凝土梁进行阻尼测试的方法和制作素混凝土采用悬挂的方式测试阻尼。混凝土中植入钢丝后可以制作出1mm长的梁采用简支或者悬臂的方法测试阻尼，这样测得混凝土振动信号较好，但是由于配置了钢丝，因此不能真实反映混凝土的阻尼性质。另外一种方法制作高宽比为1:4左右的素混凝土段用悬挂方式测试阻尼，可以直接求得混凝土本身的阻尼，但是由于制作的梁较短，因此测得的信号含有较多的噪音，且振动频率较高降低了阻尼测试精度。

对于阻尼的研究，可以用于对材料损伤的判断上，因而对于混凝土材料损伤后的阻尼性能测试对于研究混凝土的服役周期和性能之间具有重要意义。但是混凝土具有较大的脆性，这使得混凝土在施加损伤后不适宜再进行挪动。而由于混凝土的脆性，普通对于梁体的施加挠度的方式施加损伤不能使损伤在材料中均匀分布，因而也不适合混凝土类材料。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，能准确测得混凝土材料不同损伤下的阻尼性质。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，包括以下步骤：

(1)浇筑混凝土试件，标准养护28天；

(2)将制得的混凝土试件的底部竖向固定在测试装置中，在混凝土试件上安装保护箱体并施加轴向荷载；

(3)卸下保护箱体，在混凝土试件的上端施加激振力并通过设置在混凝土试件上的加速度传感器记录加速度信号，对混凝土试件的动力性能进行测试分析，计算阻尼比。

进一步地，所述混凝土试件为长方体，尺寸为100mm×150mm×1300mm。

进一步地，所述测试装置为万能试验机，所述万能试验机的下部设有用于夹持固定混凝土试件的固定夹具。

进一步地，所述混凝土试件底部的夹持长度为200mm。

进一步地，所述混凝土试件的上端施加激振力，激振力施加方式采用力锤敲击，敲击次数不低于6次。

进一步地，所述混凝土试件的上端激振力的加载点在混凝土试件长边中心线上距离端部50mm位置处。

进一步地，所述加速度传感器设置在混凝土试件激振力作用面的相对面，位于混凝土试件长边中心线上距离其端部150mm位置处。所述加速度传感器选用压电式加速度传感器。传感器量程不小于混凝土材料1阶频的5倍，且不大于混凝土材料1阶频的20倍。

进一步地，所述保护箱体的尺寸为100mm×150mm×1000mm，由两个L型部件组合而成。

进一步地，混凝土试件的阻尼比计算采用以下公式：

E＝1200ρf_0i/C_i ² (1)

η＝Δf_0i/f_0i (2)

式中：ρ——混凝土试件的线密度，kg/m³；

Δf_0i——混凝土试件第i阶模态的半功率带宽，Hz；

i——共振阶数：1,2,3，……；

C_i——第i阶模态系数；

E——混凝土试件的弹性模量；

η——阻尼比。

进一步地，混凝土材料密度的测量精度不低于3％，混凝土材料尺寸的最大误差不大于2％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、测试精度高：由于采用悬臂梁进行测试，测试信号具有较低的频率和较强的加速度信号。

2、测试方便：仅需要在万能试验机上安装简单的夹具就可进行测试，可在试件加载后原位进行阻尼测试。

3、可模拟不同服役情况：通过在混凝土试件轴向施加荷载实现模拟再生混凝土在不同服役周期下的损伤情况。

附图说明

图1是本发明方法的测试流程图；

图2是本测试方法所采用测试装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种混凝土材料损伤后阻尼性能的测试方法包括以下步骤：

步骤一、确定试验方案。

实例进行不同再生骨料掺入率和水灰比的再生混凝土制作。试验采用新混凝土强度等级为C30的混凝土掺入再生骨料，以测得不同再生骨料取代率下的再生混凝土的阻尼变化规律，再生骨料掺入率分别取0、50％和100％。

步骤二、浇筑混凝土试件，采用标准养护到28天。

步骤三、对试件的动力性能进行测试分析，包括阻尼测试和轴向荷载施加和卸载后的损伤后阻尼测试。

图2为本测试方法所采用测试装置，测试装置为万能试验机，万能试验机的下部设有用于夹持固定混凝土试件的固定夹具，混凝土试件底部的夹持长度为200mm，混凝土试件的上端施加激振力，激振力施加方式采用力锤敲击，敲击次数不低于6次，混凝土试件的上端激振力的加载点在混凝土试件长边中心线上距离端部50mm位置处，加速度传感器设置在混凝土试件激振力作用面的相对面，位于混凝土试件长边中心线上距离其端部150mm位置处，保护箱体的尺寸为100mm×150mm×1000mm，由两个L型部件组合而成。

采用本装置进行具体测试：

对比例1，再生骨料的掺入率为0，在未加轴向荷载时测试阻尼。

对比例2，再生骨料的掺入率为50％，在未加轴向荷载时测试阻尼。

对比例3，再生骨料的掺入率为100％，在未加轴向荷载时测试阻尼。

实施例1，采用对比例1的试件，施加30％峰值荷载后，测试损伤状态下的阻尼。

实施例2，采用对比例1的试件，施加70％峰值荷载后，测试损伤状态下的阻尼。

实施例3，采用对比例2的试件，施加30％峰值荷载后，测试损伤状态下的阻尼。

实施例4，采用对比例2的试件，施加70％峰值荷载后，测试损伤状态下的阻尼。

实施例5，采用对比例3的试件，施加30％峰值荷载后，测试损伤状态下的阻尼。

实施例6，采用对比例3的试件，施加70％峰值荷载后，测试损伤状态下的阻尼。

为了观测施加损伤后的测试效果，这里选用了频率和阻尼比，以及他们的标准差，结果如表1所示。

表1测试所得频率和阻尼

测试结果表明，本发明提供的测试方法测试结果准确、精度较高，是一种优良的再生混凝土测试方法。

Claims (9)

1.一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)浇筑混凝土试件，标准养护28天；

(2)将制得的混凝土试件的底部竖向固定在测试装置中，在混凝土试件上安装保护箱体并施加轴向荷载；

(3)卸下保护箱体，在混凝土试件的上端施加激振力并通过设置在混凝土试件上的加速度传感器记录加速度信号，对混凝土试件的动力性能进行测试分析，计算阻尼比。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述混凝土试件为长方体，尺寸为100mm×150mm×1300mm。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述测试装置为万能试验机，所述万能试验机的下部设有用于夹持固定混凝土试件的固定夹具。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述混凝土试件底部的夹持长度为200mm。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述混凝土试件的上端施加激振力，激振力施加方式采用力锤敲击，敲击次数不低于6次。

6.根据权利要求5所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述混凝土试件的上端激振力的加载点在混凝土试件长边中心线上距离端部50mm位置处。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述加速度传感器设置在混凝土试件激振力作用面的相对面，位于混凝土试件长边中心线上距离其端部150mm位置处。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，所述保护箱体的尺寸为100mm×150mm×1000mm，由两个L型部件组合而成。

9.根据权利要求1所述的一种混凝土材料损伤后阻尼的测试方法，其特征在于，混凝土试件的阻尼比计算采用以下公式：

E＝1200ρf_0i/C_i ² (1)

η＝Δf_0i/f_0i (2)

式中：ρ——混凝土试件的线密度，kg/m³；

Δf_0i——混凝土试件第i阶模态的半功率带宽，Hz；

i——共振阶数：1,2,3，……；

C_i——第i阶模态系数；

E——混凝土试件的弹性模量；

η——阻尼比。