CN110057695B - 一种测量混凝土梁阻尼比的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量混凝土梁阻尼比的装置与方法。装置包括底座、螺栓、盖板、LVDT位移传感器、磁性支座、混凝土应变片、锤击仪、加速度传感器和数据采集仪等。测试方法包括：重锤从指定高度自由下落至混凝土梁上表面，使梁发生振动；加速度传感器采集梁自由振动的加速度数据，通过阻尼比计算公式得到混凝土梁的阻尼比。本发明在测量过程中可排除人为操作造成的误差，准确测得混凝土梁的阻尼比。

Description

一种测量混凝土梁阻尼比的装置与方法
技术领域
本发明涉及混凝土材料性能测试方法领域，具体涉及一种测量混凝土梁阻尼比的装置与方法。
背景技术
材料阻尼性能是指材料在振动过程中消耗能量的特性，是衡量材料自身抗震性能的重要指标。在混凝土结构中，能否正确计算混凝土的阻尼对结构设计及其可靠性有重要影响，因此准确测试混凝土的阻尼对结构的抗冲击、抗震、减震等性能具有重要意义。
目前，常用的测试混凝土阻尼的方法是悬挂法。悬挂法是将混凝土构件的一端固定住，另一端粘贴加速度传感器，用锤子敲击混凝土构件或者采用悬挂重物法，使其发生振动，通过振动产生的加速度求得混凝土构件的阻尼比。但此种方法有以下三个缺陷：(1)在固定混凝土构件时，固定端是否牢固没有判别标准，并且在压紧过程中，混凝土内应力不断变化，无法判别其内应力情况，而该内应力会对测试结果产生显著影响；(2)在试验过程中，无法确定固定端是否出现松动，导致结果波动性大；(3)加载方式为手动敲击或者悬挂重物，手动敲击时，每次敲击力的大小都会不同，无法确定力的大小是否会对试验精度造成不利影响；此外，悬挂重物加载时，无法对构件形成一个冲击荷载，会降低试验的精度。
为解决上述问题，本发明提出了一种可以准确测量混凝土阻尼比的装置和方法。该装置可控制混凝土固定端应变、冲击荷载的大小及其加载位置；在测试过程中，可监测固定端是否松动，显著提高了测试精度。
发明内容
本发明采用如下技术方案：
一种测量混凝土梁阻尼比的装置，包括包括底座、盖板、螺栓、LVDT位移传感器、混凝土应变片、磁性支座、锤击仪、重锤、齿杆、加速度传感器、滑轨、数据采集仪。
1.所述底座为长1500mm的工字钢，截面尺寸500×30×30mm。
2.所述盖板为长350×300×30mm的矩形钢板，上面对称分布4个直径20mm的螺栓孔。
3.所述螺栓直径20mm，长度300mm。
4.所述LVDT位移传感器量程±5mm，精度0.05％。
5.所述混凝土应变片电阻值120±1Ω，灵敏系数2.0±1％。
6.所述磁性支座尺寸为50×55×75mm。
7.所述锤击仪高度2000mm，宽度300mm，底部与滑轨滑动连接，电机功率250W。
8.所述重锤顶部带有螺纹，直径30mm，高度分为50mm和100mm两种规格。
9.所述齿杆长度1000mm，落距范围300-500mm。
10.所述加速度传感器测量范围±50g，频率响应0.2-12000Hz。
11.所述滑轨为槽型，宽度40mm，高度50mm，长度根据试件尺寸确定。
12.所述位移数据采集仪(13)测量点数为16通道；采样频率为0.1Hz～
200KHz；测量类型为每通道可以任意选择输入类型，同时接入不同传感器，保证互不干扰。
13.所述测试步骤如下：
步骤一：在混凝土梁固定端的侧面中心粘贴应变片，与数据采集仪相连；
步骤二：混凝土梁固定端放在底座中心，在梁上表面放置盖板，用螺栓将盖板和底座连接，拧紧螺栓，同时观察混凝土应变数据，使其达到预设值；
步骤三：在底座固定好磁性支座，使用连杆将LVDT位移传感器放置在盖板中心处，将位移调整为0，并与数据采集仪相连；
步骤四：将加速度传感器粘贴在混凝土梁悬臂端，与数据采集仪相连；
步骤五：移动锤击仪至梁的水平加载位置；根据施加荷载的大小，调整齿杆距梁表面的距离，安装重锤；
步骤六：启动锤击仪，重锤自由下落至混凝土梁上表面后上升，记录加速度数据；测试过程中观察LVDT位移传感器的读数是否有变化，若无变化，则采用此组加速度数据，若发生变化，则重复上述步骤，重新测试；
步骤七：根据步骤六的测试数据，绘制加速度-时间图谱，计算混凝土梁的阻尼比；
混凝土梁阻尼比ζ的计算公式如下：
Figure BDA0002027134410000031
式中，n为计算段连续的波峰个数，ai、ai+n分别为第i个波峰和第i+n个波峰值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)混凝土梁的固定端的侧面粘贴应变片，通过应变片数值变化可以掌握混凝土内部应力情况，控制螺栓的拧紧程度，避免试验误差；
(2)在盖板中心处放置位移传感器，可在测试过程中监测固定端是否出现松动；
(3)采用机器锤击加载，通过调整重锤规格和落距大小，控制冲击荷载的大小，并且重锤落到混凝土构件上后，会迅速上升，避免对测试精度造成不利影响。
附图说明
图1为本发明提出的一种测量混凝土梁阻尼比的装置示意图。图中1-混凝土梁；2-加速度传感器；3-重锤；4-连杆；5-锤击仪；6-LVDT位移传感器；7-螺栓；8-盖板；9-混凝土应变片；10-磁性支座；11-底座；12-滑轨；13数据采集仪。
图2为测试得到的加速度-时间曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：
素混凝土的抗压强度为C30，下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步详细说明：
步骤一：将150×150×1200mm的素混凝土梁一端的侧面粘贴应变片，连接数据采集仪；
步骤二：将梁贴应变片一端用螺栓和盖板固定在底座中心，梁的悬臂长度为950mm；拧紧螺栓直至混凝土应变达到10-6；
步骤三：将LVDT位移传感器用磁性支座固定在盖板中心，连接数据采集仪，调整读数为0；将加速度传感器粘贴在梁悬臂端端部，连接数据采集仪；
步骤四：选择高50mm的重锤，落距选择300mm和500mm，加载位置距梁悬臂选端部100mm、200mm和300mm；
步骤五：启动锤击仪，观察盖板位移数据变化，无变化时此组测试有效；
步骤六：绘制加速度-时间图谱，计算混凝土梁的阻尼比。
表1C30混凝土梁阻尼比的测试数据
组号 加载位置 落距 阻尼比
1 100mm 300mm 1.812％
2 100mm 500mm 1.806％
3 200mm 300mm 1.817％
4 200mm 500mm 1.814％
5 300mm 300mm 1.803％
6 300mm 500mm 1.815％
由表1可知，各组测得的阻尼比均在1.80％左右，偏差均在2％以内，表明测试结果不随加载位置和落距的改变而发生变化，这与材料的阻尼性质相一致，说明本发明提供的测试装置测试结果准确、精度较高。
具体实施方式二：
素混凝土的抗压强度为C50，下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步详细说明：
步骤一：将150×150×1200mm的素混凝土梁一端的侧面粘贴应变片，连接数据采集仪；
步骤二：将梁贴应变片一端用螺栓和盖板固定在底座中心，梁的悬臂长度为950mm；拧紧螺栓直至混凝土应变达到10-6；
步骤三：将LVDT位移传感器用磁性支座固定在盖板中心，连接数据采集仪，调整读数为0；将加速度传感器粘贴在梁悬臂端端部，连接数据采集仪；
步骤四：选择高50mm的重锤，落距选择300mm和500mm，加载位置距梁悬臂选端部100mm、200mm和300mm；
步骤五：启动锤击仪，观察盖板位移数据变化，无变化时此组测试有效；
步骤六：绘制加速度-时间图谱，计算混凝土梁的阻尼比。
表2C50混凝土梁阻尼比的测试数据
组号 加载位置 落距 阻尼比
1 100mm 300mm 1.649％
2 100mm 500mm 1.648％
3 200mm 300mm 1.650％
4 200mm 500mm 1.649％
5 300mm 300mm 1.647％
6 300mm 500mm 1.651％
由表2可知，各组测得的阻尼比均在1.65％左右，偏差均在2.5％以内，表明此装置适合不同标号的混凝土。此外，C50混凝土梁的阻尼比小于C30混凝土梁的阻尼比，这也符合混凝土的阻尼比ζ随着混凝土抗压强度的提高而降低的规律，说明本发明提供的测试装置测试结果准确，偏差很小，精确度高。

Claims (1)

1.一种测量混凝土梁阻尼比的方法，该方法所应用装置包括盖板(8)、LVDT位移传感器(6)、混凝土应变片(9)、锤击仪(5)、加速度传感器(2)、数据采集仪(13)；混凝土梁放在底座中心，使用盖板和紧固螺栓将其固定，梁固定端侧面中心处粘贴混凝土应变片，盖板中心处放置LVDT位移传感器，加速度传感器粘贴在梁自由端端部；所述盖板(8)为矩形钢板，上面对称分布螺栓孔；所述LVDT位移传感器(6)精度0.05％；所述混凝土应变片(9)电阻值120±1Ω，灵敏系数2.0± 1％；所述锤击仪可水平移动，对试件施加不同荷载；所述加速度传感器(2)频率响应0.2-12000Hz；所述数据采集仪(13)测量点数为16通道；采样频率为0.1Hz～200KHz；测量类型为每通道可以任意选择输入类型，同时接入不同传感器，保证互不干扰；
其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：在混凝土梁固定端的侧面中心粘贴混凝土 应变片(9)，与数据采集仪(13)相连；
步骤二：混凝土梁固定端放在底座中心，在梁上表面放置盖板(8)，用螺栓将盖板(8)和底座连接，拧紧螺栓，同时观察混凝土应变片的数值，使其达到预设值；
步骤三：在底座固定好磁性支座，使用连杆将LVDT位移传感器(6)放置在盖板(8)中心处，并与数据采集仪(13)相连；
步骤四：将加速度传感器(2)粘贴在混凝土梁悬臂端，与数据采集仪(13)相连；
步骤五：移动锤击仪至梁的水平加载位置，调整齿杆距梁表面的距离，安装重锤；
步骤六：启动锤击仪(5)，重锤自由下落至混凝土梁上表面后上升，记录加速度数据；测试过程中观察LVDT位移传感器(6)的读数是否有变化，若无变化，则采用此组加速度数据，若发生变化，则重复上述步骤，重新测试；
步骤七：根据步骤六的测试数据，绘制加速度-时间-图谱，计算混凝土梁的阻尼比；
混凝土梁阻尼比
Figure 399548DEST_PATH_IMAGE001
的计算公式如下：
Figure 316688DEST_PATH_IMAGE002
式中，n为计算段连续的波峰个数，a i 、a i+n 分别为第i个波峰和第i+n个波峰值。
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