CN110849571B - 一种土木工程结构爆炸损伤实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，包括基板、多根支柱和焊接在对应支柱上的多根横杆，所述基板的中部设有用于固定测试件的锁紧装置，所述锁紧装置的两侧对称设有用于测试爆炸参数的第一测试装置和第二测试装置，多根所述横杆上共同设有用于固定炸药的固定装置，所述第一测试装置包括分设在基板两端的两块防护板，每块所述防护板上均贯穿滑动设置有多根螺杆。本发明结构新颖，可对测试件周围各个方向上的爆压参数进行检测，当爆炸产生的冲击波向四周传播时，第一测试板、第二测试板不仅可依靠自身强度来抵抗冲击力，还可将冲击波的动能转化为多个装置的动能与内能，避免实验平台受损。
Description
技术领域
本发明涉及土木技术领域，尤其涉及一种土木工程结构爆炸损伤实验平台。
背景技术
爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科，在武器研制、交通运输、水利建设、土木工程等方面有着广泛的应用，爆炸损伤实验是探究物体或结构在短时间内冲击波的局部激励作用下的力学性质变化或结构损伤特征及其损伤程度，由于土木工程自身的特殊性，相较于普通化学药物爆炸试验，土木工程爆炸实验中一般仅考虑无约束爆炸中的地面载荷作用于钢管混凝土柱构件时构件的动力响应情况，因此，用于土木工程结构爆炸损伤的实验平台自身也需具备高强度、耐冲击等结构特性。
现有的用于土木工程结构爆炸损伤实验平台较为简单，如公开号为CN106248507A的专利中提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，通过设置登式支架、梯式框架、弦形撑杆、三脚架等装置对测试件以及炸药的位置进行固定，只能对测试件两侧爆压参数进行检测，无法检测其他方向的爆压参数，并且只能依靠结构本身强度承担爆炸冲击力；又如公开号为CN110108753A的专利中提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，利用固定壳、套板等装置，可调整测试件的强度，以此测试在不同防护强度作用下的爆压参数，但依旧无法对测试件四周的爆压参数进行检测，对于爆炸带来的高强度冲击，依旧只能依靠装置本身强度来抵抗，若装置强度不够或爆炸冲击力超出预期，可能会导致实验平台损坏甚至人员受伤的情况出现，若需要得出完整、准确的爆压参数需要进行多次实验，这无疑会大大增加实验成本与测试时间，为此，我们提出一种土木工程结构爆炸损伤实验平台。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中爆炸损伤实验平台结构单一，无法多方位检测爆炸强度；对于爆炸引起的高强度冲击，现有的实验平台只能依靠自身结构强度来抵抗冲击力的缺点，而提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，包括基板、多根支柱和焊接在对应支柱上的多根横杆，所述基板的中部设有用于固定测试件的锁紧装置，所述锁紧装置的两侧对称设有用于测试爆炸参数的第一测试装置和第二测试装置，多根所述横杆上共同设有用于固定炸药的固定装置；
所述第一测试装置包括分设在基板两端的两块防护板，每块所述防护板上均贯穿滑动有多根螺杆，每根所述螺杆远离锁紧装置的一端均螺纹连接有筒体，且每个筒体内均通过圆轴固定安装有线圈，每块所述防护板的侧壁上均焊接有多个屏蔽箱，每个所述屏蔽箱内均对称设置有两个永磁体，且每个线圈均位于对应两个永磁体之间并连接有测试元器件；
所述第二测试装置包括沿基板中轴线对称安装的两块第二测试板，每块第二测试板均通过其背部的钢架固定连接有直杆，所述基板上对称开设有两个穿槽，且每个直杆均滑动设置在对应的穿槽内，每个所述直杆的底端均连接有配重块，每个所述配重块重心所在的直线均与对应直杆的中轴线所在的直线相重合，所述基板的下表面对称安装有两个光学传感器，且两个光学传感器的位置分别与对应配重块的位置相对应，每块所述配重块均为圆盘形，且每块配重块的上表面均通过刻槽等分为多个扇形区域，多个扇形区域内的颜色各不相同；
所述基板上对称开设有两个滑槽，且每个滑槽内均设有缓冲装置，每个所述直杆的中部均通过螺纹套与对应缓冲装置相连接。
优选地，所述锁紧装置包括放置台和防护壳体，所述防护壳体与基板之间固定相连，所述放置台与防护壳体之间通过多个第一高强螺栓固定相连，且每个第一高强螺栓的强度均大于10.9级，所述放置台与防护壳体之间还设有多个缓冲弹簧；
所述固定装置包括两块固定板，且每块固定板均与多根横杆固定焊接，每块所述固定板上均对称开设有多个安装孔位，相对应的安装孔位上通过第二高强螺栓共同固定安装有固定架，所述固定架的底端固定设有收卷盘，所述收卷盘包括钢索，所述钢索的末端固定连接有挂钩。
优选地，每个所述缓冲装置均包括对称设置在对应滑槽内的两个限位槽，对应两个所述限位槽上共同滑动设置有承力板，且每个承力板的侧壁均与对应螺纹套的侧壁固定相连，每个所述滑槽内均滑动设置有阻尼滑块，且每个阻尼滑块与对应承力板之间均设有阻尼弹簧；
每个所述穿槽均位于位置相对应的两个限位槽之间。
优选地，每块所述第二测试板的厚度均从上到下逐渐增大，每块所述第二测试板上任意一处的厚度均大于28mm。
本发明的有益效果：
1、第二测试板的厚度从上到下逐渐增大，同时，同一水平方向上的第二测试板的各点厚度也不相同，因此，当爆炸产生的冲击波到达第二测试板处时，由牛顿第三定律可知：两个物体之间的作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，因此第二测试板在向防护板方向移动时也会沿钢架的中轴线转动，带动配重块随之转动，将冲击波的动能部分转化为防护板、钢架、配重块的动能与内能。
2、通过设置配重块、光学传感器等装置，由于配重块上表面被分为不同颜色的各个区域，因此光学传感器通过检测各颜色的出现时间与出现次数，可推算出配重块各个时刻的转动速度，由此推导爆炸能量的传递规律。
3、通过设置阻尼弹簧、承力板阻尼滑块等装置，在第二测试板向外侧移动时，承力板挤压阻尼弹簧、阻尼滑块，减缓第二测试板的移动速度，在冲击力作用下，相较于静止的物体，运动的物体不容易断裂或折断，相对提高了第二测试板的强度。
4、通过设置第二测试板、防护板、线圈、螺杆等装置，在测试板转动时，线圈也会在磁场中转动，从而切割磁感线产生电流，测试元器件持续监测电流的波动并记录数据，通过分析数据的波动情况即可得知冲击波对掩体后方的物体的冲击情况。
5、待测物可通过第一高强螺栓固定在放置台上，也可放置于基板与防护壳体之间，当待测物置于放置台上时，可观察待测物直接面对爆炸冲击后的结构损坏、变形情况；当待测物置于防护壳体内时，可观察掩体结构、材质对待测物的影响。
6、可将第二测试装置、第一测试装置沿圆周方向对称设置多组，以测试多个方向上的爆压参数，同时每组测试装置都可以检测不同情况下待测物的受损情况与冲击波的变化情况之间的关系，从而减少测试次数，节约实验成本。
综上所述，本发明结构新颖，可对测试件周围各个方向上的爆压参数进行检测，当爆炸产生的冲击波向四周传播时，第一测试板、第二测试板不仅可依靠自身强度来抵抗冲击力，还可将冲击波的动能转化为多个装置的动能与内能，避免实验平台受损。
附图说明
图1为本发明提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台的结构示意图；
图2为图1中A处放大图；
图3为图2中B处放大图；
图4为图1中C处放大图；
图5为本发明提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台中缓冲机构的俯视图；
图6为本发明提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台中锁紧装置的结构示意图；
图7为本发明提出的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台中固定装置的俯视图。
图中：1基板、2支柱、3横杆、4固定板、5固定架、6收卷盘、7屏蔽箱、8防护板、9第一测试板、10螺杆、11挂钩、12锁紧装置、13钢架、14第二测试板、15阻尼弹簧、16光学传感器、17直杆、18配重块、19阻尼滑块、20线圈、21永磁体、22测试元器件、23限位槽、24承力板、25放置台、26防护壳体、27安装孔位。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-7，一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，包括基板1、多根支柱2和焊接在对应支柱2上的多根横杆3，基板1的中部设有用于固定测试件的锁紧装置12，锁紧装置12的两侧对称设有用于测试爆炸参数的第一测试装置和第二测试装置，多根横杆3上共同设有用于固定炸药的固定装置；
第一测试装置包括分设在基板1两端的两块防护板8，每块防护板8上均贯穿滑动有多根螺杆10，每根螺杆10远离锁紧装置12的一端均螺纹连接有筒体，且每个筒体内均通过圆轴固定安装有线圈20，每块防护板8的侧壁上均焊接有多个屏蔽箱7，每个屏蔽箱7内均对称设置有两个永磁体21，且每个线圈20均位于对应两个永磁体21之间并连接有测试元器件22，测试元器件22包括电流检测仪、数据存储器以及信号传输器；
第二测试装置包括沿基板1中轴线对称安装的两块第二测试板14，每块第二测试板14均通过其背部的钢架13固定连接有直杆17，每个钢架13均为多根复式钢管混凝土柱焊接、浇筑而成，基板1上对称开设有两个穿槽，且每个直杆17均滑动设置在对应的穿槽内，每个直杆17的底端均固定安装有配重块18，每个配重块18重心所在的直线均与对应直杆17的中轴线所在的直线相重合，基板1的下表面对称安装有两个光学传感器16，且两个光学传感器16的位置分别与对应配重块18的位置相对应，每块配重块18均为圆盘形，且每块配重块18的上表面均通过刻槽等分为多个扇形区域，多个扇形区域内的颜色各不相同；
基板1上对称开设有两个滑槽，且每个滑槽内均设有缓冲装置，每个直杆17的中部均通过螺纹套与对应缓冲装置相连接。
锁紧装置12包括放置台25和防护壳体26，防护壳体26与基板1之间固定相连，放置台25与防护壳体26之间通过多个第一高强螺栓固定相连，且每个第一高强螺栓的强度均大于10.9级，放置台25与防护壳体26之间还设有多个缓冲弹簧；
固定装置包括两块固定板4，且每块固定板4均与多根横杆3固定焊接，每块固定板4上均对称开设有多个安装孔位27，相对应的安装孔位27上通过第二高强螺栓共同固定安装有固定架5，固定架5的底端固定设有收卷盘6，收卷盘6包括钢索，钢索的末端固定连接有挂钩11。
本发明中，每个缓冲装置均包括对称设置在对应滑槽内的两个限位槽23，对应两个限位槽23上共同滑动设置有承力板24，且每个承力板24的侧壁均与对应螺纹套的侧壁相相连，每个滑槽内均滑动设置有阻尼滑块19，且每个阻尼滑块19与对应承力板24之间均设有阻尼弹簧15；
每个穿槽均位于位置相对应的两个限位槽23之间，直杆17可在两个限位槽23之间滑动。
每块第二测试板14的厚度均从上到下逐渐增大，第二测试板14在同一水平面上的厚度也不相同并呈逐渐减小趋势，每块第二测试板14上任意一处的厚度均大于28mm。
本发明使用时，将基板1、多根支柱2和多根横杆3依次固定、焊接成一体框架，再将固定架5通过第二高强螺栓安装在固定板4上合适位置，调整配重块18的重量(爆炸强度越大，安装的配重块18的重量越大)，将防护壳体26与基板1相互焊接，防护壳体26与基板1之间可放置其他测试件，以观察爆炸冲击波超压对防护壳体26后方的测试件的影响，也可将防护壳体26替换为圆柱体，以观察爆炸冲击波的反射与绕流现象，然后将测试件或爆压测试仪通过第一高强螺栓固定在放置台25上，利用收卷盘6将挂钩11和挂钩11上的炸药下放至恰当高度，收卷盘6也可安装在固定架5的上方，以免爆炸产生的气流损伤收卷盘6；
测试人员移动到安全位置后引爆炸药，爆压测试仪测得爆炸中心处的爆压参数，随着冲击波的传播，这一冲击力直接作用于第二测试板14上，将第二测试板14向外侧推动，由于第二测试板14靠近爆炸中心点的侧面为斜面(第二测试板14的厚度从上到下逐渐增大)，并且各处斜率不同，因此部分冲击波的方向发生变化，与第二测试板14接触部分的方向倾斜向上，由牛顿第三定律可知：两个物体之间的作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，因此第二测试板14向对应防护板8的方向移动时，也会沿钢架13竖直方向上中轴线所在方向转动并同时有向下运动的趋势，在轴承、承力板24的作用下，第二测试板14只能保持在同一高度，即只能沿钢架13的轴线方向转动而不能向下运动；
第二测试板14沿轴线方向转动时，会将自身动能转化为配重块18的动能，即将部分冲击波的能量转变为第二测试板14、钢架13、配重块18的动能与内能，通过改变配重块18的重量，即可调整第二测试板14转动的速度；
配重块18上表面被分为不同颜色的各个区域，当配重块18转动时，光学传感器16检测各颜色的出现时间与出现次数，通过数字模拟，可推算出配重块18各个时刻的转动速度，由此推导爆炸能量的传递规律，可将第二测试装置设置在锁紧装置12的各个方向上，以此检测各个方向上爆炸产生的影响；
在第二测试板14向外侧移动时，承力板24挤压阻尼弹簧15、阻尼滑块19，减缓第二测试板14的移动速度，因为静止的物体在冲击力作用下比运动的物体更容易断裂，因此，承力板24、阻尼弹簧15等装置可提高第二测试板14的抗断裂能力。
第二测试板14转动后，冲击波会沿第二测试板14的板面切线方向运动至第一测试装置处，其冲击力推动第一测试板9靠近防护板8，因为线圈20与螺杆10转动连接，因此线圈20会随之转动，根据法拉第电磁感应定律易知，在永磁体21构成的磁场中，线圈20切割磁感线产生电流，测试元器件22持续监测电流的波动并记录数据，通过分析数据的波动情况即可得知冲击波对掩体(第二测试装置)后方的物体的冲击情况，从而在一次实验中得出完整、全面的爆压参数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，包括基板(1)、多根支柱(2)和焊接在对应支柱(2)上的多根横杆(3)，其特征在于，所述基板(1)的中部设有用于固定测试件的锁紧装置(12)，所述锁紧装置(12)的两侧对称设有用于测试爆炸参数的第一测试装置和第二测试装置，多根所述横杆(3)上共同设有用于固定炸药的固定装置；
所述第一测试装置包括分设在基板(1)两端的两块防护板(8)，每块所述防护板(8)上均贯穿滑动设置有多根螺杆(10)，每根所述螺杆(10)远离锁紧装置(12)的一端均转动连接有线圈(20)，每块所述防护板(8)的侧壁上均焊接有多个屏蔽箱(7)，每个所述屏蔽箱(7)内均对称设置有两个永磁体(21)，且每个线圈(20)均位于对应两个永磁体(21)之间并通过导线连接有测试元器件(22)；
所述第二测试装置包括两块第二测试板(14)，每块第二测试板(14)均固定连接有直杆(17)，每个所述直杆(17)的底端均贯穿基板(1)并连接有配重块(18)，所述基板(1)的下表面对称安装有两个光学传感器(16)，所述基板(1)上对称开设有两个滑槽，且每个滑槽内均设有缓冲装置。
2.根据权利要求1所述的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，其特征在于，每个所述缓冲装置均包括对称设置在对应滑槽内的两个限位槽(23)，相对应两个所述限位槽(23)内共同滑动设置有承力板(24)，每个所述滑槽内均滑动设置有阻尼滑块(19)，且每个阻尼滑块(19)与对应承力板(24)之间均设有阻尼弹簧(15)。
3.根据权利要求1所述的一种土木工程结构爆炸损伤实验平台，其特征在于，每块所述第二测试板(14)的厚度均从上到下逐渐增大，每块所述第二测试板(14)上任意一处的厚度均大于28mm。
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