CN209311243U - 一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，属于动态性能测试领域。包括固定支座、反力箱、传力框架、撞击接头、夹具、信号处理系统。固定支座固定于霍普金森压杆试验装置的导轨上，同时对传力框架的移动起到限位作用，反力箱与固定支座连为一体，用于为试件提供支撑反力，传力框架将子弹撞击霍普金森压杆后产生的冲击压力传递至夹具，夹具用于夹持筋材并施加冲击拉力，撞击接头用于承受入射杆的冲击荷载，并将其传递至传力框架，信号处理系统将试验过程中的信号转换处理为相应的荷载和位移数据。本实用新型的特点是结构简单，安装拆卸方便，适用性强，在现有霍普金森压杆试验装置的基础上实现不同加载速率下筋材动态粘结性能的测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及动态性能测试设备领域，尤其涉及一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置。
背景技术
筋材与混凝土构成组合材料在现代建筑领域发挥了巨大的作用，钢筋混凝土便是其中最典型的一个例子，钢筋与混凝土通过两者接触面之间的粘结作用，实现钢筋和混凝土之间力的传递及变形协调，因此钢筋与混凝土能够协同工作并发挥出良好的力学性能。自19世纪钢筋混凝土结构在工程建设领域得到广泛应用后，人们又陆续发展出一系列质轻高强、耐久性好的纤维增强复合材料（FRP）来替代钢筋，产生了耐久性较好的FRP筋混凝土结构。由于钢筋与混凝土的粘结作用是实现共同工作的保证，因此人们对筋材与混凝土之间的粘结性能进行了一系列实验，最常见的是钢筋的拉拔试验，然而采用拉力试验机进行的钢筋拉拔试验只能实现钢筋的静态拉拔，拔出的速率较低，随着结构面临的动态荷载日益增加，如地震荷载、爆炸荷载等，人们亟需一种能够测量筋材在动态荷载下与混凝土的粘结性能的装置。
目前霍普金森杆是研究材料在冲击荷载下力学性能的一种试验装置，但目前人们极少应用霍普金森杆进行筋材的动态粘结性能试验。专利号201310043920。7公开了一种适用于霍普金森压杆的钢筋拉拔试验装置，但该装置结构较复杂，在应用时安装繁琐，同时采用胶水连接入射杆与试验装置，造成后期清理入射杆上的残余胶水较为困难，同时现有的霍普金森压杆系统阻尼装置一般安装于透射杆的后端，因此该装置直接在承力台一侧设置阻尼显得较为困难。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，可以直接在现有的霍普金森杆试验装置上进行筋材与混凝土的动态粘结性能试验。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：包括固定支座、反力箱、传力框架、撞击头、夹具、传感器；固定支座设置与霍普金森压杆试验装置的导轨连接的结构，传力框架与固定支座活动连接，固定支座对传力框架的移动具有导向结构；反力箱与固定支座连为一体，用于为试件提供支撑反力，夹具和撞击接头与传力框架固定，传力框架将子弹撞击霍普金森压杆后产生的冲击压力传递至夹具，夹具用于夹持试件的筋材并施加冲击拉力，撞击接头用于承受入射杆的冲击荷载，并将其传递至传力框架。
进一步地，所述的固定支座两侧设有凹槽，凹槽的宽度与传力框架两侧端板的厚度匹配，传力框架两侧端板的下端插入到所述凹槽中并滑动连接。
进一步地，所述固定支座的与霍普金森压杆试验装置的导轨连接的结构包括固定支座两侧向下伸出的端板及其上分别设有的固定螺纹孔。
进一步地，所述的反力箱包括反力板与缓冲板，反力板中部设有供筋材穿过的方形孔洞，在方形孔洞旁安装有激光位移传感器，可以实时测量反力板与传力框架前端板之间的距离，从而得到筋材在拉拔过程中的位移，缓冲板后端面上（以霍普金森压杆冲击的方向为前）安装有缓冲弹簧，当筋材被完全拉拔出混凝土时，弹簧可以对继续向前移动的传力框架起到缓冲减速的作用，防止反力箱在试验时受到多次撞击而损坏。
进一步地，所述的固定支座最后端（以霍普金森压杆冲击的方向为前）至缓冲板上自由状态下的缓冲弹簧最后端的距离D大于筋材在混凝土中的锚固长度。
进一步地，所述的传力框架前端板（以霍普金森压杆冲击的方向为前）设有供筋材穿过的孔洞，后端板设有用于安装撞击头的螺纹孔，所述夹具安装在前端板外。
进一步地，所述的撞击头包括承力帽和连接螺杆，承力帽内设有顺丁橡胶垫，用于缓冲及传递入射杆的冲击荷载，提高撞击头的使用寿命。
进一步地，所述的夹具包括上半夹具与下半夹具，通过螺栓连接夹持在筋材上，上半夹具包括上垫板、上半套筒、与上连接板，下半套筒包括下垫板、下半套筒与下连接板，上下套筒的内壁设有多条平行于上下垫板的水平螺纹，上下连接板上设有螺纹孔。
进一步地，在反力板与传力框架前端面之间的筋材上贴有两片应变片。
传感器连接处理系统，通过在冲击拉拔试验过程中应变片实时测得的应变信号与筋材自身的弹性模量可以得到荷载数据；通过激光位移传感器在试验过程中测得的信号可得筋材的位移数据。
本实用新型可以直接在现有的霍普金森杆试验装置上进行筋材与混凝土的动态粘结性能试验。本实用新型结构简单，各个部件之间通过螺栓进行连接及固定，安装拆卸方便，可靠性好，在实现筋材冲击拉拔的同时通过优化避免装置本身受到不利影响。同时在使用时无需改动现有的霍普金森试验装置即可进行试验。
附图说明
图1是本实用新型的固定支座及反力箱结构示意图。
图2是本实用新型的传力框架结构示意图。
图3是撞击头的结构示意图。
图4是夹具的正视图。
图5是A-A剖面图。
图6是本实用新型的总体结构俯视图。
图7是B-B剖面图。
图中：1固定支座，1-1凹槽，1-2固定螺栓孔，2反力箱，2-1反力板，2-2缓冲板，2-3方形孔洞，2-4激光位移传感器，2-5弹簧，3传力框架，3-1孔洞，3-2螺纹孔，4撞击头，4-1承力帽，4-2连接螺杆，4-3顺丁橡胶垫，5，夹具，5-1上垫板，5-2上连接板，5-3上半套筒，5-4下垫板，5-5下连接板,5-6下半套筒，5-8螺纹孔，5-9水平螺纹，6混凝土试件，7筋材，8应变片。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行具体的阐述。
一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，包括固定支座1、反力箱2、传力框架3、撞击头4、夹具5、传感器，所述传感器包括应变片8和激光位移传感器2-4。
固定支座1使用时固定于霍普金森压杆试验装置的导轨上，反力箱2与固定支座1连为一体，用于为试件提供支撑反力，传力框架3将子弹撞击霍普金森压杆后产生的冲击压力传递至夹具5，夹具5用于夹持试件的筋材并施加冲击拉力，撞击头4用于承受入射杆的冲击荷载，并将其传递至传力框架3，信号处理系统将试验过程中的信号转换处理为相应的荷载和位移数据。
所述的固定支座1两侧设有凹槽1-1，凹槽的宽度与传力框架3两侧端板的厚度相同，凹槽1-1的底面与导轨的顶面位于同一高度。
所述的固定支座两侧向下伸出的端板上分别设有两个固定螺纹孔1-2，通过在螺纹孔1-2中拧紧螺栓将固定支座1固定在导轨上。
所述的反力箱2包括反力板2-1与缓冲板2-2，反力板中部设有供筋材穿过的方形孔洞2-3，在方形孔洞2-3旁安装有激光位移传感器2-4，可以实时测量反力板与传力框架前端板之间的距离，从而得到筋材在拉拔过程中的位移，缓冲板后端面（以霍普金森压杆冲击的方向为前）上安装有4个弹簧2-5，当筋材被完全拉拔出混凝土时，弹簧可以对继续向前移动的传力框架起到缓冲减速的作用，防止反力箱在试验时受到多次撞击而损坏。
所述的固定支座1最后端（以霍普金森压杆冲击的方向为前）至缓冲板上自由状态下弹簧最后端的距离D大于筋材在混凝土中的锚固长度。
所述的传力框架3前端板（以霍普金森压杆冲击的方向为前）设有供筋材穿过的孔洞3-1，后端板设有用于安装撞击头4的螺纹孔3-2，两侧端板向下伸出插入凹槽1-1中并滑动连接，其长度与凹槽1-1的高度相同。
所述的撞击头4包括承力帽4-1和连接螺杆4-2，承力帽4-1内设有顺丁橡胶垫4-3，用于缓冲及传递入射杆的冲击荷载，提高撞击头的使用寿命。
所述的夹具5包括上半夹具与下半夹具，通过螺栓连接夹持试件6的筋材7，上半夹具包括上垫板5-1、上半套筒5-3与上连接板5-2，下半套筒包括下垫板5-4、下半套筒5-6与下连接板5-5，上下套筒的内壁设有多条平行于上下垫板的水平螺纹5-9用于卡住筋材，上下连接板上设有螺纹孔5-8。
在反力板2-1与传力框架3的前端面之间的筋材上贴有两片应变片8，通过在冲击拉拔试验过程中实时测得的应变信号与筋材自身的弹性模量可以得到荷载数据。
使用时首先将固定支座1固定于霍普金森压杆试验装置的导轨上，在固定螺栓孔1-2中拧紧螺栓实现固定支座的固定，反力箱2与固定支座1连为一体，用于为试件提供支撑反力。在固定支座1及反力箱2安装完毕后，将连接螺杆4-2拧入螺纹孔3-2实现撞击头4的安装，传力框架3罩在反力箱2外，传力框架3两侧向下伸出的端板插入固定支座两侧的凹槽1-1中，使传力框架3可以顺着凹槽1-1前后移动，在试验进行前要保证固定支座1最后端（以霍普金森压杆冲击的方向为前）至缓冲板2-2上自由状态下弹簧2-5最后端的距离D大于筋材7在混凝土试件6中的锚固长度。
随后将带有粘贴应变片8的筋材及混凝土试件6放入反力箱内，筋材穿过反力板上的方形孔洞2-3及传力框架3上的孔洞3-1，混凝土试件紧靠反力板2-1，筋材伸出孔洞3-1的部分采用夹具5进行夹持，将上半夹具和半夹具通过螺栓连接夹紧筋材7,套筒内设有多条水平螺纹5-9为夹持提供足够的接触面积。在试验进行时筋材与混凝土试件拉拔过程中的荷载信息和位移信息将分别由应变片8和激光位移传感器2-4传入信号处理系统进行记录。
以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：包括固定支座、反力箱、传力框架、撞击头、夹具、传感器；固定支座设置与霍普金森压杆试验装置的导轨连接的结构，传力框架与固定支座活动连接，固定支座对传力框架的移动具有导向结构；反力箱与固定支座连为一体，用于为试件提供支撑反力，夹具和撞击接头与传力框架固定，传力框架将子弹撞击霍普金森压杆后产生的冲击压力传递至夹具，夹具用于夹持试件的筋材并施加冲击拉力，撞击接头用于承受入射杆的冲击荷载，并将其传递至传力框架。
2.根据权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述的固定支座两侧设有凹槽，凹槽的宽度与传力框架两侧端板的厚度匹配，传力框架两侧端板的下端插入到所述凹槽中并滑动连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述固定支座的与霍普金森压杆试验装置的导轨连接的结构包括固定支座两侧向下伸出的端板及其上分别设有的固定螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述的反力箱包括反力板与缓冲板，反力板中部设有供筋材穿过的方形孔洞，在方形孔洞旁安装有激光位移传感器，缓冲板后端面上安装有缓冲弹簧。
5.根据权利要求4所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述固定支座的最后端至缓冲板上自由状态下的缓冲弹簧最后端的距离D大于筋材在混凝土中的锚固长度。
6.根据权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述的传力框架的前端板设有供筋材穿过的孔洞，后端板设有用于安装撞击头的螺纹孔，所述夹具安装在前端板外。
7.根据权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述的撞击头包括承力帽和连接螺杆，承力帽内设有顺丁橡胶垫。
8.根据权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：所述的夹具包括上半夹具与下半夹具，通过螺栓连接夹持在筋材上，上半夹具包括上垫板、上半套筒与上连接板，下半套筒包括下垫板、下半套筒与下连接板，上下套筒的内壁设有多条平行于上下垫板的水平螺纹，上下连接板上设有螺纹孔。
9.根据权利要求4所述的一种基于霍普金森压杆的动态粘结性能测试装置，其特征在于：在反力板与传力框架前端面之间的筋材上贴有两片应变片。
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Cited By (1)
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| CN114018806A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-02-08 | 中山大学 | 一种bfrp筋与混凝土的动态粘结性能试验系统及测试方法 |
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2018
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