[发明专利]测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的装置，包括入射杆、试件夹持机构、透射杆；所述试件夹持机构包括双向螺杆、定位钢桶、辅助钢桶及拉杆式位移传感器各两个，定位钢桶和辅助钢桶设置在双向螺杆外；两个定位钢桶相互靠近并留有间隙，两个双向螺杆之间夹持待测混凝土试件，待测混凝土试件外套有韧性硅胶套，并与双向螺杆同轴；拉杆式位移传感器的两端分别通过细杆固定在两个定位钢桶上，两个拉杆式位移传感器对称设置。本发明提供的测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的装置，能够限定将混凝土冲击至一定应变值，且韧性硅胶套的包裹作用使试块冲击后保持一定形态，防止了试块的爆碎。

技术领域

本发明涉及混凝土材料的动态特性测定装置及方法，尤其涉及一种测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的装置及方法，属于混凝土材料测试技术领域。

背景技术

混凝土材料广泛地应用于水工大坝、桥梁墩台、地下工程等。然而，这些结构极易遭受撞击、爆炸以及地震等高应变率荷载的冲击。当这些大型工程结构遭受不同应变率的冲击或不同应变量的冲击作用后，结构内部的裂纹扩展机理是不同的，具体表现在会形成不同的裂纹空间形态、数量和路径。因此，测试混凝土材料冲击至某一应变值时的内部裂纹扩展机理，可以作为一种判断冲击应变率和应变量的有效方式，为评估混凝土结构遭受的冲击烈度和程度评估提供理论依据，这对混凝土结构安全评估极为重要。

目前为了测试冲击荷载对混凝土的破坏，通常采用SHPB试验装置，在混凝土冲击破裂后分析碎块的破裂程度，但无法分析冲击过程中试块内部裂纹空间形态、数量和位置，而且测试冲击至一定应变状态下的混凝土内部裂纹扩展机理的试验难度较大。

发明内容

目的：为了克服现有技术中测试混凝土冲击至一定应变值时的内部裂纹扩展机理的困难，本发明提供一种测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的装置，包括入射杆、试件夹持机构、透射杆；所述试件夹持机构包括双向螺杆、定位钢桶、辅助钢桶及拉杆式位移传感器各两个，所述定位钢桶和辅助钢桶设置在双向螺杆外侧；

两个所述定位钢桶相互靠近，两个定位钢桶中间留有间隙，两个所述双向螺杆之间夹持待测混凝土试件，所述待测混凝土试件外套有韧性硅胶套，待测混凝土试件与双向螺杆同轴；所述拉杆式位移传感器的两端分别通过细杆固定在两个定位钢桶上，拉杆式位移传感器与定位钢桶的中心轴线平行，两个拉杆式位移传感器对称设置；所述入射杆、透射杆分别与两侧的双向螺杆固定。

进一步地，所述双向螺杆的端面轴心位置设有凹槽，套有韧性硅胶套的待测混凝土试件的端部卡入所述凹槽内。

进一步地，所述辅助钢桶紧贴定位钢桶。

进一步地，所述定位钢桶、辅助钢桶内侧设有与双向螺杆匹配的内螺纹，通过螺纹配合将定位钢桶、辅助钢桶旋紧在双向螺杆上。

一种利用上述的装置测试混凝土受定量应变冲击后内部裂纹扩展的方法，包括如下步骤：

两侧的双向螺杆分别固定入射杆和透射杆端；将待测混凝土试件放置于韧性硅胶套中，将套好韧性硅胶套的混凝土试件卡入双向螺杆端面的凹槽内，混凝土试件的两端与双向螺杆紧贴密实待测；

根据预设的要测试的冲击应变值ε₀，旋转定位钢桶至合适位置，此时两个定位钢桶之间的间隙为ΔL，再选择辅助钢桶将定位钢桶压紧；

安装拉杆式位移传感器，并进行调零；

采用SHPB对混凝土试件施加冲击荷载，记录拉杆式位移传感器测量结果；取下冲击后的混凝土试件，将韧性硅胶套的两端口封住，采用工业CT对混凝土试件进行扫描；

对测试结果进行分析，计算应变值和应变率；对CT扫描的切片图像进行分析。