[发明专利]一种模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验装置，其特征是，包括塔架(8)、悬空导轨(2)、锤体(3)、传感器(4)、锤头(5)、锤体提升装置、预埋垫板(6)、缓冲块体(7)和冲击垫板(14)，所述预埋垫板(6)设置在试验用的子结构试件(1)上部，所述缓冲块体(7)设置在所述预埋垫板(6)上部，所述冲击垫板(14)设置在所述缓冲块体(7)上部；所述悬空导轨(2)与所述塔架(8)固定连接，所述锤头(5)固定连接在所述锤体(3)的底端，所述传感器(4)设置在所述锤体(3)与所述锤头(5)之间，所述锤体提升装置与所述锤体(3)的顶端连接，其中，缓冲块体(7)的长与宽与子结构试件(1)的冲击面尺寸相同，缓冲块体(7)的厚度d根据锤体(3)的质量m、冲击力峰值P和冲击持时t来计算得到；

缓冲块体(7)的厚度d的计算方法如下：

其中，A、B、C、D、E、F、G为与质量有关的函数，表达式如下：

其中，d单位为mm，m单位为kg，v单位为m/s，P单位为kN，t单位为ms，试验前，通过数值模拟在一定TNT当量的条件下，对结构产生的冲击力时程曲线，确定冲击力峰值P与冲击持时t，根据确定的锤体(3)的质量m，带入方程组(I)和(II)，解出相应的v与d，即计算出相应的冲击速度v和缓冲块体(7)的厚度d。

2.根据权利要求1所述的模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验装置，其特征是，所述锤体提升装置包括定滑轮(10)、钢丝绳(11)、提升电机(13)和吊钩(12)，所述钢丝绳(11)绕过所述定滑轮(10)，且所述钢丝绳(11)的两端分别与所述提升电机(13)和所述吊钩(12)固定连接，所述吊钩(12)勾住所述锤体(3)。

3.根据权利要求2所述的模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验装置，其特征是，所述定滑轮(10)与所述塔架(8)固定连接。

4.根据权利要求1所述的模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验装置，其特征是，所述悬空导轨(2)垂直设置于试验用的子结构试件(1)上方，所述锤头(5)位于子结构试件(1)的失效节点上方。

5.一种模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：将子结构试件(1)安装至试验台(9)上，确保子结构试件(1)的失效节点截面形心与锤头(5)的截面形心竖向对准，保证冲击力作用在子结构试件(1)的轴心位置；

S2：将不带砝码的锤体(3)略微提升一定高度，进行试冲击试验，确保测量仪表与数采系统的完好，此过程确保子结构试件(1)处于弹性变形阶段；

S3：确定冲击参数，其中，缓冲块体(7)的长与宽与子结构试件(1)的冲击面尺寸相同，缓冲块体(7)的厚度d根据锤体(3)的质量m、冲击力峰值P和冲击持时t来计算得到；

S4：将缓冲块体(7)安装在子结构试件(1)的冲击面处，并利用锤体提升装置将锤体(3)提升到指定高度；确定锤体(3)的质量m后，在锤体(3)上增加相应质量的砝码，使锤体(3)达到确定后的质量；

S5：释放锤体(3)，传感器(4)同步采集子结构试件(1)的受力、位移和应变数据，同时，通过高速摄像捕捉子结构试件(1)的破坏模式；

其中，缓冲块体(7)的厚度d的计算方法如下：

其中，A、B、C、D、E、F、G为与质量有关的函数，表达式如下：

其中，d单位为mm，m单位为kg，v单位为m/s，P单位为kN，t单位为ms，试验前，通过数值模拟在一定TNT当量的条件下，对结构产生的冲击力时程曲线，确定冲击力峰值P与冲击持时t，根据确定的锤体(3)的质量m，带入方程组(I)和(II)，解出相应的v与d，即计算出相应的冲击速度v和缓冲块体(7)的厚度d。

6.根据权利要求5所述的模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验方法，其特征是，冲击参数包括锤体(3)的质量m，冲击速度v以及缓冲块体厚度d。

7.根据权利要求5所述的模拟爆炸荷载下梁板结构倒塌破坏的试验方法，其特征是，步骤S1还包括：通过对子结构试件(1)设置侧向约束模拟真实的子结构边界条件。