多功能集成的成层式结构抗爆试验装置的制作方法

本实用新型属于建筑结构爆炸力学试验技术领域，是一种多功能、能够重复使用的多功能集成的成层式结构抗爆试验装置。

背景技术：

在防护工程设计中，成层式结构由于具有良好的抗侵彻抗爆性能，已被广泛的应用。

然而，现有研究仍存在局限，对于成层式遮弹层的防护作用，通常是割裂开来研究，遮弹层只研究它的抗侵彻性能，一般不考虑它对爆炸荷载的削波作用，而对于分配层，则一般只研究它对爆炸冲击荷载的削波和衰减耗散作用。而且现行规范与研究，主要针对沙土分配层，对空气分配层并无涉及。因此，在采用空气分配层或者其他介质材料分配层时，遮弹层遭受侵彻爆炸或者接触爆炸作用下，对于遮弹层破坏情况，分配层中爆炸波的传播规律，支撑结构上的荷载分布以及支撑结构动力响应的试验研究十分必要。

同时，对于爆炸碎片的影响的研究也非常少，特别是当分配层是空气时，高速的碎块对于支撑结构是非常危险的，但对于碎块的影响研究却十分欠缺。

总之，现有技术存在的问题是：成层式结构抗爆试验装置功能单一，不能重复使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多功能集成的成层式结构抗爆试验装置，能够方便的观测爆炸碎片分布规律，测量爆炸波在不同厚度和材料介质中的传播以及支撑结构上的爆炸荷载分布和爆炸动力响应特点，并且能够重复使用。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种多功能集成的成层式结构抗爆试验装置，包括由混凝土墙围成的矩形主体框架1，在所述主体框架1竖向中部水平设置有钢筋混凝土支撑结构10，所述支撑结构10周边与所述主体框架1内侧密闭固定连接；

在所述主体框架1上部可拆式设有中间板2，中间板2两侧各设一边板31、32，所述中间板2中部设有容纳试验板5的试验板槽4，所述试验板5可拆式固定在试验板槽4内，所述中间板2、边板31、32、试验板5与主体框架1和支撑结构10共同形成的密闭空间作为分配层20，所述中间板2、边板31、32和试验板5形成遮弹层30；

在所述支撑结构10内部的受力钢筋上贴有应变片61，在支撑结构10的上表面装有压阻式压力传感器62，在支撑结构10的下表面装有位移计63；

在所述分配层20内设有多个空气压力传感器64和压阻式压力传感器62，所述多个空气压力传感器64和压阻式压力传感器62分别位于不同高低和不同平面位置；

在所述主体框架1短边的两相对侧墙上开有光学玻璃挡板7密封的供高速摄像机摄像的摄像口81、82，其中一个摄像口81内侧设有测速纸65，所述摄像口81、82的上沿与试验板5的下沿平齐，摄像口81、82的下沿与支撑结构10上沿平齐。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

1、可重复使用：分配层可使用不同厚度的不同材料的介质进行试验，且装填和清理介质材料方便。将边板和中间板吊起，整个试验装置是完全敞开的，同时两个高速摄像机口在拆掉光学玻璃挡板以后，又相当于两个较大的清理通道，试验使用较方便。试验操作方便，周期短，可大大节省试验时间，提高试验效率。测量仪器安装方便，传感器线路几乎不用更换，避免每次试验繁琐的重复安装。

试验所需试件材料少，每次试验只需要更换试验板即可，不需要整个顶板都换掉，节省成本和空间。同时，试验装置可以多次重复利用，整体上是节约成本的。

2、功能多：能够方便的观测爆炸碎片分布规律，测量爆炸波在不同厚度和材料介质中的传播以及支撑结构上的爆炸荷载分布和爆炸动力响应特点。在不影响模拟成层式结构抗爆试验的前提下，能够拍摄和记录到试验板背面完整的爆炸破坏过程。采用边板和中间板高度不同的设计，设计采用了中间板的异形构造，使得高速摄像机观测口上表面与试验板下表面在同一平面上，使得能够观察到完整的爆炸破坏过程。

试验装置使用高速摄像机进行拍摄，使用测速纸作为背景参考，可以方便的得到碎块的飞行速度、体积大小和空间分布规律。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1和图2为本实用新型多功能集成的成层式结构抗爆试验装置的示意图。

图3和图4分别为图1和图2的剖视图。

图5为图1去除遮弹层后的内部结构示意图。

图6为传感器支架结构示意图。

图7为传感器支架俯视图。

图8为边板的结构示意图。

图9为中间板的结构示意图。

图10为光学玻璃挡板的结构示意图。

图11为防反弹螺栓和吊钩局部放大图。

图中，1主体框架，2中间板，31、32边板，4试验板槽，5试验板，

6传感器支架，60立管，601、602、603、604支臂，

61应变片，62压阻式压力传感器，63位移计，64空气压力传感器，65测速纸，

7光学玻璃挡板，71光学玻璃，72橡胶密封圈，73钢夹板，74高强螺栓，

81、82摄像口，9介质材料，10支撑结构，11台阶，12垫块，13防反弹螺栓，20分配层，30遮弹层。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型多功能集成的成层式结构抗爆试验装置，包括由混凝土墙围成的矩形主体框架1；

在所述主体框架1竖向中部水平设置有钢筋混凝土支撑结构10，所述支撑结构10周边与所述主体框架1内侧密闭固定连接；

在所述主体框架1上部可拆式设有中间板2，中间板2两侧各设一边板31、32，所述中间板2中部设有容纳试验板5的试验板槽4，所述试验板5可拆式固定在试验板槽4内，所述中间板2、边板31、32、试验板5与主体框架1和支撑结构10共同形成的密闭空间作为分配层20，所述中间板2、边板31、32和试验板5形成遮弹层30；

作为一种实施方式，所述中间板2和边板31、32的两端分别可拆式固定在主体框架1的两个长边侧墙上端，所述两个摄像口81、82分别位于主体框架1的两个短边侧墙的中部。

即中间板2和边板31、32的长度不小于主体框架1的两个长边侧墙外墙皮之间的距离，中间板2和边板31、32搭在主体框架1上，此时分配层厚度最大。

作为一种改进的实施方式，所述主体框架1的两个长边侧墙内壁上部分别内收，在两个长边侧墙内壁形成供中间板2和边板31、32的两端放置的台阶11。

此种方案中，靠长边侧墙内收形成整体式的台阶11支撑中间板2和边板31、32，而中间板2和边板31、32的长度不能采取上一种实施方式的长度，而应略小于两个长边侧墙内壁内收后的距离。长边侧墙内收形成的台阶高度以满足最小分配层厚度为准。

作为改进，在台阶11与中间板2和边板31、32之间可垫不同厚度的混凝土垫块12，从而灵活地调节分配层厚度。

在所述支撑结构10内部的受力钢筋上贴有应变片61，在支撑结构10的上表面设有压阻式压力传感器62，在支撑结构10的下表面设有位移计63；

在所述分配层20内设有多个空气压力传感器64和压阻式压力传感器62，所述多个空气压力传感器64和压阻式压力传感器62分别位于不同高低和不同平面位置；

在所述主体框架1短边的两相对侧墙上开有设置以光学玻璃挡板7密封的供高速摄像机摄像的摄像口81、82，其中一个摄像口81内侧设有测速纸65，所述摄像口81、82的上沿与试验板5的下沿平齐，摄像口81、82的下沿与支撑结构10上沿平齐。

试验装置使用高速摄像机进行拍摄，使用测速纸65作为背景参考，可以方便的得到碎块的飞行速度、体积大小和空间分布规律。在不影响模拟成层式结构抗爆试验的前提下，能够拍摄和记录到试验板背面完整的爆炸破坏过程。采用边板31、32和中间板2高度不同的设计，设计采用了中间板2的异形构造，使得高速摄像机观测口上表面与试验板下表面在同一平面上，使得能够观察到完整的爆炸破坏过程。

每次试验只需要更换试验板即可，不需要整个顶板都换掉。同时，试验装置可以多次重复利用，整体上是节约成本的。

如图2所示，在所述中间板2、边板31、32、试验板5与主体框架1和支撑结构10共同形成的密闭空间下部充填有介质材料9，介质材料9与中间板2、边板31、32、试验板5之间的空隙为空气。

分配层可使用不同厚度的不同材料的介质进行试验，且装填和清理介质材料方便。将边板和中间板吊起，整个试验装置是完全敞开的，同时两个高速摄像机口在拆掉光学玻璃挡板以后，又相当于两个较大的清理通道，试验使用较方便。

如图3、4、5所示，还包括多个传感器支架6，每个传感器支架6包括立管60和4个与立柱垂直的支臂601、602、603、604，所述4个支臂601、602、603、604从立管60底端开始沿高度方向均匀布置，所述4个支臂601、602、603、604在水平周向均匀布置，相邻两个支臂水平方向相差90度角，所述4个支臂602、603、604和立管60顶端上按照具体试验要求可设置空气压力传感器64或者压阻式压力传感器62。

所述立管60的高度按照具体试验要求确定。

传感器支架每层悬臂之间夹角为90度，四层传感器在四个相互垂直的方向，最大限度减少了传感器对于爆炸波传播的干扰以及自身之间的相互干扰，最充分采集试验数据。

测量仪器安装方便，传感器线路几乎不用更换，避免每次试验繁琐的重复安装。

优选地，所述中间板2和边板31、32的两端分别可拆式固定在主体框架1的两个长边侧墙上端，或者固定在台阶和垫块上，所述两个摄像口81、82分别位于主体框架1的两个短边侧墙的中部。

如图6所示，所述边板31、32为矩形平板，如图7所示，所述中间板2包括两根平行的纵梁21、22和与纵梁垂直的两根横梁23、24，所述横梁两端分别与两根纵梁内侧相连，所述两根纵梁与两根横梁围成容纳试验板5的试验板槽4，每根横梁外侧与两根纵梁内侧之间设有平板25、26，所述平板25、26的上表面与横梁23、24和两根纵梁21、22的底部相连，试验板5的下沿与所述平板25、26的下沿平齐。

如图8所示，光学玻璃挡板7包括光学玻璃71，其周边两面各设橡胶密封圈72和钢夹板73，并以高强螺栓74固定。

如图9所示，所述中间板2、边板31、32、试验板5上部均设有用于起吊的吊钩。

所述中间板2、边板31、32两端通过防反弹螺栓13与主体框架1或者台阶11和垫块12连接。

所述的支撑结构10上安装的位移计63、应变片61和传感器支架6只分布在支撑结构10四分之一的面积，这是因为试验装置和反应具有对称性，全部安装测量装置是浪费的而且是没有必要的。

所述传感器支架6的高度要按照具体试验要求确定。

所述台阶11与主体框架1长边现浇在一起，既增加了主体框架1承载能力，又使得台阶11在承载时较常规设计的牛腿更安全。可以通过在台阶11上增加垫块12得到更高的分配层高度，但不能得到更低的分配层高度。

所述测速纸64是利用高度摄像机拍下的相同时间间隔的照片，相互比对得到某一碎块不同时间时在方格纸上的不同位置，从而计算得到该碎块的速度。

所述防反弹螺栓13是为了防止试验过程中边板31、32和中间板2发生意外的较大幅度反弹并影响试验。

所述传感器支架的钢结构是空心的，里面布置数据线，并穿过支撑结构，因此在浇注试验框架式时，支撑结构上预留了几个较小的孔洞，因为孔洞小且少，不影响受力钢筋，因此对结构承载能力的影响可以忽略。

实验操作步骤为：

1、校准空气压力传感器64、压阻式土压力传感器62等，调试高速摄像机，检查数据采集线路，保证能正常进行试验测量；

2、在支撑结构10上铺上介质材料9，并盖上边板31、32和中间板2，将试验板5吊装到位。

3、拧好防反弹螺栓13，再次检查线路和位移计63等，检查光学玻璃挡板7。

4、将炸药放置在试验要求的距离，确保炸药能顺利引爆，然后所有人员撤离到安全区域。

4、一切就绪后，引爆炸药，注意观察数据采集仪器工作状态和爆炸现象。

5、确保试验现场安全后，用单反相机记录爆炸现场，并测量记录试验板5的破坏状态，而后卸下螺栓，将试验板吊起放在附近专门的场地上，再将中间板吊离，观察记录下方破坏状态。

6、检查所有测量仪器和线路，若有损坏及时更换。

7、对于意外的试验数据和破坏情况，要认真反思并指导下一步试验，若需要暂停则暂停，否则重复第一步。

8、对采集到的试验数据和现象进行整理和分析。