[发明专利]一种水泥基材料动态劈拉力学性能试验装置与方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种测定水泥基材料动态劈拉力学性能的试验装置与方法，是基于Hopkinson压杆装置的巴西平台圆盘试验。

背景技术

水泥基材料是土木工程中应用最广泛的建筑材料，它不仅承受静荷载的作用，还要承受地震，爆炸，冲击等动荷载的影响，因此充分研究水泥基材料在不同加载速率下的力学性能对于钢筋混凝土结构设计具有重要意义。Hopkinson压杆装置是测量材料在10²/s-10⁴/s应变率范围内的主要装置，水泥基材料的拉伸试验包括轴拉，劈拉和弯拉三种加载方式，采用劈拉法来研究材料的力学特性最为经济方便，且其强度值也与真实抗拉强度最为接近。通常基于Hopkinson压杆装置采用巴西圆盘法来研究水泥基材料的动态劈拉力学特性。

目前测定水泥基材料的劈拉强度的方法多采用集中力加载与圆弧垫块加载，由于试验精度的限制，垫块与试件之间不易保持线性接触，且施力点处易发生应力集中导致试件未达到破坏强度就被压碎，严重影响了测量结果的准确分析，未能反映水泥基材料真实的力学特性。因此，研发一种较精确的测定水泥基材料动态劈拉力学性能的试验装置与方法对于全面探索混凝土动态拉伸特性，制定标准的动态劈拉试验方案具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供了一种更为有效的测量水泥基材料动态劈拉力学性能的试验装置与方法。

一种水泥基材料动态劈拉力学性能试验装置，包括子弹，入射杆，透射杆，阻尼器，动态应变仪，波形存储器，数据处理系统，巴西圆盘试件。其特征是：入射杆，透射杆与阻尼器通过螺栓固定在支座上方，支座放置在混凝土平台上。子弹、入射杆、透射杆、阻尼器依次成直线排列。巴西圆盘试件夹在入射杆与透射杆之间。动态应变仪通过导线与应变片相连，应变片粘贴于入射杆、透射杆及巴西圆盘试件中部。波形存储器通过导线与动态应变仪相连，数据处理系统通过导线与波形存储器相连。

所述的子弹放置在炮管中，通过充气来发射。所述的入射杆与透射杆可在支座上移动，中心处贴有上下对称的应变片，应变片串联可以消除弯曲效应。所述的阻尼器可以减缓子弹对杆端的冲击。所述的动态应变仪可以对材料的变形进行动态测量。所述的波形存储器用来记录试验中产生的入射波反射波与透射波。所述的数据处理系统用来对记录的波形数据进行处理，得到相应的应力应变情况。所述的水泥基材料平台巴西圆盘试样的试件直径为74mm，厚度为30mm，两端磨平，采用20°的平台角来保证中心起裂，可改善施力处的应力集中。试件正反两面中心处垂直于加载方向均贴有应变片，应变仪记录结果取平均值。平台巴西圆盘试件中心处的应力分量为：

σx=2.9732PπDB---(1)]]>

σy=-0.9642PπDB---(2)]]>

D为试件直径，B为试件厚度。

如前所述的水泥基材料动态劈拉力学性能试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1）准备试件，试件直径为74mm，厚度为30mm，两端磨平，采用20°的平台角来保证中心起裂，将加工好的具有上述尺寸的试件正反两面垂直于磨平面贴好应变片，用导线通过桥盒接入应变仪。

2）调整Hopkinson压杆装置，调整支座螺栓，使入射杆和透射杆水平，与子弹成一条直线，并将直径为20mm,厚度为1mm的紫铜片作为整形器贴在入射杆的前端，可延长入射波上升时间，保证受载过程中应力平衡。