载，P表示混凝土的质量密度，A表示试件的截面面 积，Ujt)表示试件中心的加速度，1表示试件的跨度，h :试件的悬垂长度；
[0055] (2)依据已知试件中心的广义惯性荷载P1U),可以将所述试件（90)简化为单自 由度体系，所以，根据Pb(t) iPta^Pjt)动态平衡方程，可以评估真实的弯曲荷载；
[0056] 其中，Pb (t)表示广义弯曲荷载，Pt (t)表示观测动荷载，Pi (t)表示广义惯性荷载；
[0057] (3)根据一维应力波理论，长为L的混凝土试件的动荷载为：
[0058] Pt(t):Pt(t) = Er A0 ε T(t)；
[0059] 其中，E'是霍普金森压杆的杨氏模量，A。是霍普金森压杆的截面面积，则：
[0060] Pb (t) =Pt(t)-Pi(t) = P Au〇(t) [l/3+(8/3)/(h3/l2)]
[0061] 在弯曲测试中，试件的跨中挠度u (t)
[0062] 从纤维混凝土构件所吸收的能量
根据Dn的大小可判断出纤维 混凝土构件的弯曲韧性。
[0063] 本发明的纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，基于分离式霍普金森压杆装置 组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件（90)进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧 性测试装置包括气枪（10)、子弹（20)、入射杆（30)、透射杆（40)、应变片（50)、加速度计 (60)、桥盒（70)、与计算机相连的数据采集系统（80);其特征在于：
[0064] 在所述的入射杆（30)和透射杆（40)的相对应的两个受压面上分别设置有一个入 射杆万向头（101)和一个透射杆万向头（102);在所述两个万向头（10U102)相对端面上 分别设有入射杆凹槽（31)和透射杆凹槽（41);在每个所述的入射杆凹槽（31)、透射杆凹 槽（41)内均设置有一个高强度钢加载销（110);所述的混凝土试件（90)设置有预制的刻 痕和裂纹；所述的混凝土试件（90)被夹持在所述的入射杆万向头（101)和透射杆万向头 (102)上的高强度钢加载销（110)之间，其中试件（90)有刻痕和裂纹的一面与透射杆万向 头（102)上的加载销（110)接触。
[0065] 在所述的入射杆万向头（101)和透射杆万向头（102)的相对端面上所设有的入射 杆凹槽（31)与透射杆凹槽（41)的数量差为1。从而保证牢固地夹持试件。
[0066] 所述的预制的刻痕和裂纹沿试件长度的垂直方向延伸，其预裂纹长度和混凝土试 件（90)宽度之比为1:1。
[0067] 所述的混凝土试件（90)长度为子弹（20)长度的2倍。
[0068] 所述的入射杆（30)和透射杆（40)的长度均为1500mm，子弹（20)长度为80mm ;入 射杆（30)、透射杆（40)和子弹（20)直径均为38mm。
[0069] 所述的入射杆（30)和透射杆（40)采用6061型铝合金材料制成。
[0070] 本发明的原理是：本发明的弯曲测试方法，通过对气枪中的子弹加速撞击入射杆 的一端来实施，接着在入射杆中产生入射压缩脉冲并向着混凝土试件传播。当入射脉冲冲 击混凝土试件完整的一端时，一部分的入射脉冲传递进混凝土试件进而传进透射杆转化成 压缩脉冲并破坏试件。同时，剩余的入射脉冲作为拉伸应力脉冲反射回入射杆。入射应变 量ε I和反射应变量ε 1!通过入射杆中点的应变片测量，而透射应变量ε 透射杆中点的 应变片测量。试件上设置的三个加速度计可以提供试件长度上的加速度分布和试件的变 形情况，试验数据证明了普通混凝土、高强混凝土和纤维加固混凝土试件都符合Bentur等 提出的假设：沿试件长度方向，加速度和位移都都是直线分布的。知道了沿试件长度方向 上的加速度，分布的惯性力就可以被作用在试件中间的广义的惯性荷载代替P1U), P1U) =PAUcXt) [1/3+(8/3) Ah3/!2)]其中P1U)表示广义惯性荷载，P表示混凝土试件的质 量密度，A表示试件的截面面积，Ujt)表示试件中心的加速度，1表示试件的跨度，h :试件 的悬垂长度。一旦中心的广义惯性荷载已知，试件就可以被简化为单自由度体系，并且根据 Pb(t) =?&)$(〇动态平衡方程，真实的弯曲荷载就可以被评估出来。
【主权项】
1. 一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝 土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件（90)进行弯曲韧性测试，所述弯曲韧性测试装 置包括气枪（10)、子弹（20)、入射杆（30)、透射杆（40)、应变片（50)、加速度计（60)、桥盒 (70)、与计算机相连的数据采集系统（80); 测试时保持霍普金森压杆的加载端面光滑平整，并与杆长方向相垂直； 使气枪（10)中的子弹（20)加速撞击入射杆（30)没有刻痕和裂纹的一端，从而在入射 杆（30)中产生入射压缩脉冲并向着所述的混凝土试件（90)传播； 当入射脉冲冲击所述的混凝土试件（90)完整的一端时，一部分的入射脉冲传递进混 凝土试件（90)进而传进透射杆（40)转化成压缩脉冲并破坏所述的混凝土试件（90);同 时，剩余的入射脉冲作为拉伸应力脉冲反射回入射杆（30); 上述过程产生的入射应变量e:和反射应变量eR通过入射杆（30)中点的应变片（50) 测量，而透射应变量e 透射杆（40)中点的应变片（50)测量； 通过所述的混凝土试件（90)上的三个加速度计(60)测得沿试件（90)长度上的加速 度分布和试件（90)的变形情况；利用已知的沿试件长度方向上的加速度，求取所述试件 (90)上分布的惯性力； 其特征在于：还包括以下步骤； (1) 将作用在试件中间的广义惯性荷载来代替所述的试件（90)上分布的惯性力，SP: P1U)-pAu^tm+ (8/3)：(/r'' / -:)] 其中，P1U)表示广义惯性荷载，P表示混凝土的质量密度，A表示试件的截面面积， 之(0表示试件中心的加速度，1表示试件的跨度，h:试件的悬垂长度； (2) 依据已知试件中心的广义惯性荷载P1U),可以将所述试件（90)简化为单自由度 体系，所以，根据Pb(t) =PtW-Pjt)动态平衡方程，可以评估真实的弯曲荷载； 其中，Pb (t)表示广义弯曲荷载，Pt (t)表示观测动荷载，Pi (t)表示广义惯性荷载； (3) 根据一维应力波理论，长为L的混凝土试件的动荷载为： Pt(t) :Pt(t) =ErA0eT(t) 其中，E'是霍普金森压杆的杨氏模量，A。是霍普金森压杆的截面面积，则：土构件的弯曲韧性。2. -种用于实现权利要求1所述方法的纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，基于分 离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件（90)进行弯曲 韧性测试，所述弯曲韧性测试装置包括气枪（10)、子弹（20)、入射杆（30)、透射杆（40)、应 变片（50)、加速度计（60)、桥盒（70)、与计算机相连的数据采集系统（80);其特征在于： 在所述的入射杆（30)和透射杆（40)的相对应的两个受压面上分别设置有一个入射 杆万向头（101)和一个透射杆万向头（102);在所述两个万向头（10U102)相对端面上 分别设有入射杆凹槽（31)和透射杆凹槽（41);在每个所述的入射杆凹槽（31)、透射杆凹 槽（41)内均设置有一个高强度钢加载销（110);所述的混凝土试件（90)设置有预制的刻 痕和裂纹；所述的混凝土试件（90)被夹持在所述的入射杆万向头（101)和透射杆万向头 (102)上的高强度钢加载销（110)之间，其中试件（90)有刻痕和裂纹的一面与透射杆万向 头（102)上的加载销（110)接触。3. 根据权利要求2所述的一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，其特征在于：在 所述的入射杆万向头（101)和透射杆万向头（102)的相对端面上所设有的入射杆凹槽（31) 与透射杆凹槽（41)的数量差为1。4. 根据权利要求2所述的一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，其特征在于：所 述的预裂纹长度和混凝土试件（90)宽度之比为1:1。5. 根据权利要求2所述的一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，其特征在于：所 述的混凝土试件（90)长度为子弹（20)长度的2倍。6. 根据权利要求2所述的一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，其特征在于：所 述的入射杆（30)和透射杆（40)的长度均为1500mm，子弹（20)长度为80mm;入射杆（30)、 透射杆（40)和子弹（20)直径均为38mm。7. 根据权利要求2所述的一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试装置，其特征在于：所 述的入射杆（30)和透射杆（40)采用6061型铝合金材料制成。
【专利摘要】本发明公开了一种纤维混凝土构件的弯曲韧性测试方法及其装置，基于分离式霍普金森压杆装置组成混凝土构件的弯曲韧性测试装置对混凝土试件进行弯曲韧性测试，首先对试件进行动态加载；记录加速度计的曲线图；其特征在于，还包括以下步骤：（1）将作用在试件中间的广义惯性荷载来代替所述的试件上分布的惯性力；（2）根据动态平衡方程，评估真实的弯曲荷载；（3）根据一维应力波理论，计算混凝土试件的动荷载；(4)根据纤维混凝土构件所吸收的能量？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？的大小可判断出纤维混凝土构件的弯曲韧性。本发明操作简单，加载速度高，可有效地测出高应变率下的纤维混凝土构件的韧性。
【IPC分类】G01N3/20
【公开号】CN105043895
【申请号】CN201510288071
【发明人】陈徐东, 陈晨, 邵羽, 徐令宇, 盛汝清, 邓蘅鑫
【申请人】河海大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月29日