[发明专利]一种摆锤式混凝土冲击试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种摆锤式混凝土冲击试验装置，包括框架机构、摆锤机构以及数据采集系统，框架机构包括连接组合呈三角形框架的底板、顶板和斜撑板；摆锤机构包括摆锤和试件夹持单元；数据采集系统包括荷载传感器、激光位移计、角度刻度盘、高帧率摄像机及电子数据采集系统。本发明还涉及一种摆锤式混凝土冲击试验方法，在支座上放置试件，将摆锤从一定高度放下冲击试件，荷载传感器采集荷载信号、激光位移计采集跨中位移信号，高帧率摄像机记录摆锤的角度变化，各项数据进行信号的收集与分析处理。本发明不仅可以做到一定程度的折叠收纳，而且采集的数据信息更加全面，摆锤和支座形式可以更换，使后续开展更多规格试件的冲击提供了便捷。

技术领域

本发明涉及混凝土性能测试技术领域，尤其涉及一种摆锤式混凝土冲击试验装置及试验方法。

背景技术

作为一种脆性工程材料，混凝土的能量吸收能力较差，在动态冲击荷载下其使用性能不足。当混凝土结构遭受冲击荷载作用时，其结构的稳定性和完整性往往遭到严重破坏，造成重大的生命和财产损失。

到目前为止，对混凝土材料性能的研究大多集中在静态和伪动态载荷上。冲击载荷的特性与静荷载作用不同，由于加载时间很短，材料的应变率明显比静态加载时高；此外，结构变形和失效也不同于静态时的应变率和失效模式。因此研究混凝土结构动态荷载下的冲击响应对于混凝土结构的安全防护具有重大意义。

现有的摆锤冲击试验机多用于测定塑料、薄膜、纸张、复合膜材、金属箔片等材料的冲击性能测试，对混凝土材料的适用性较差。

目前行业内也有用于混凝土材料的冲击性能测试试验机，一方面其价格昂贵且复杂，一部分试验仪器冲击能量较小，导致冲击试验需要进行的冲击次数过多，比较消耗时间。另一方面部分试验仪器结构复杂且固定，空间利用率低，安装拆卸繁琐，当出现故障时，不能兼顾手动试验，实用性低并且整体的成本较高，如授权公告号CN215640644U公开的一种混凝土试样抗冲击能力检测装置，其整体结构固定，不能折叠致使空间利用率低，而且采用电动牵引机构进行试验，具有一定的故障率，摆锤行程短、冲击力弱。

同时针对混凝土材料的摆锤冲击试验机也存在以下问题：1、混凝土试件对中调试难度较大，且夹持混凝土时间的部件与整个装置连接方式使得试件在冲击试验中位置较容易晃动，易对试验结果造成影响；2、摆锤冲击试验机的转动轴需延伸至机体外部，更换过程耗时费力,自身整体的稳定性不够强，对不同使用环境的适应性差；3、传统摆锤冲击试验机的摆锤均通过重力的作用使得摆锤产生动能，摆锤运动至最低点时撞击试件，在撞击试件时会消耗摆锤的动能，因此摆锤再摆动到高点时高度就会降低，通过计算摆锤在初始高度具有的动能和再摆动到高点时具有的动能之间的差值来确定摆锤冲击试件时所消耗的能量，借此能量来评价试件的抗冲击性能，这种仅通过能量来评估试件抗冲击性能的方法,并不能反应试件在冲击荷载作用时试件应力和形变发展情况,且得不到冲击破坏的过程。

因此,有必要开发一种摆锤式混凝土冲击试验装置及试验方法,满足行业对测试混凝土材料抗冲击性能的需求。

发明内容

本发明为了解决现有的冲击试验装置空间利用率低、试验操作繁琐问题，提供一种摆锤式混凝土冲击试验装置及试验方法，该装置结构简易，各部分维修更换方便，设备操作简单，可直接获得冲击破坏过程中混凝土材料的应变和应变发展的数据，更有高帧率摄像机记录试验全过程。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种摆锤式混凝土冲击试验装置，包括框架机构、摆锤机构和数据采集系统，所述框架机构包括前连接板、布设在前连接板两侧的底板、转接在底板一端的顶板和转接在顶板内侧的斜撑板，所述斜撑板下端与底板可拆卸连接，底板、顶板和斜撑板连接组合呈三角形框架；

两个所述顶板上方之间分别设置有上下排布的挡杆和转轴；

所述摆锤机构包括摆锤和试件夹持单元，所述摆锤转接在转轴中部，所述试件夹持单元包括布设在两个底板之间的后连接板、布设在后连接板两侧的支座和内嵌在支座上的载荷传递元件，两个支座之间夹持有混凝土试件；