一种立柱构件的爆炸试验平台

1.本实用新型涉及柱构件抗爆炸试验技术领域，特别涉及一种立柱构件的爆炸试验平台。


背景技术：

2.立柱是一种常见的结构件，多用作建筑的承重结构。历次爆炸事故表明，在冲击/爆炸荷载作用下承重结构失效，是造成结构倒塌破坏的根本原因。
3.数值模拟和理论分析为结构抗爆提供了一种有效手段，但其准确性依赖于计算模型及本构关系的合理性，抗爆试验是揭示结构动态响应与失效机制的重要手段，因此抗爆试验过程中的输入参数与输出参数的准确获取是保证计算模型及本构关系准确的前提。
4.然而，目前的立柱爆炸试验平台，未考虑轴向力对立柱抗爆性能的影响，导致根据爆炸试验的输入、输出参数所确立的计算模型不准确。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提出一种立柱构件的爆炸试验平台，旨在向立柱施加轴向力并且获得在试验过程中轴向力的大小以及立柱的水平位移的试验数据，以供确立爆炸荷载作用下立柱的水平位移与立柱所受到的轴向力之间的作用关系。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种立柱构件的爆炸试验平台，包括基座、立柱、反力柱、横梁；所述立柱与所述反力柱间隔设置在所述基座上，所述横梁的一端可上下转动的连接在所述反力柱的上部，所述横梁的另一端设置在所述立柱的上端；
7.所述基座上设有用于向所述横梁施加向下作用力的拉杆，所述拉杆位于所述反力柱与所述立柱之间，所述拉杆上设有用于检测所述拉杆的轴向应变的应变检测件；
8.所述基座上固定连接有与所述立柱间隔布置的固定件，所述固定件上设有用于检测所述立柱的水平位移的位移传感器。
9.作为优选方案，所述拉杆的下端固定连接在所述基座上，所述横梁上设有与所述拉杆相匹配的通孔，所述拉杆的上端穿过所述通孔并连接有固定块；
10.所述拉杆上套设有弹性件，所述弹性件位于所述固定块的下端面与所述横梁的上端面之间；
11.所述应变检测件位于所述横梁的下方。
12.作为优选方案，所述固定件包括相对间隔布置在所述基座上的第一防爆墙、第二防爆墙，所述立柱设置在所述第一防爆墙与所述第二防爆墙之间；
13.所述第一防爆墙与所述立柱相对的一侧固定连接有连接板，所述连接板的另一端固定连接在所述第二防爆墙与所述立柱相对的一侧；所述位移传感器设置在所述连接板上，并且所述位移传感器的检测端抵接在所述立柱的侧壁上。
14.作为优选方案，所述连接板沿所述立柱的轴向间隔设有多个，各所述连接板上均设有所述位移传感器。
15.作为优选方案，所述第一防爆墙和/或所述第二防爆墙背离所述反力柱的一侧设有压力传感器，所述压力传感器设置在靠近所述立柱的位置处，所述压力传感器沿所述立柱的高度方向间隔设有多个。
16.作为优选方案，所述第一防爆墙与所述立柱之间、所述第二防爆墙与所述立柱之间均填塞有弹性密封体。
17.作为优选方案，所述第一防爆墙远离所述立柱的一端设有向所述反力柱方向延伸的第一护板；所述第二防爆墙远离所述立柱的一端设有向所述反力柱方向延伸的第二护板。
18.本实用新型的立柱构件的爆炸试验平台与现有技术相比，其有益效果在于：
19.本实用新型的立柱构件的爆炸试验平台包括基座、立柱、反力柱、横梁；立柱与所述反力柱间隔设置在基座上，横梁的一端可上下转动的连接在反力柱的上部，横梁的另一端设置在立柱的上端；通过估算或提前对横梁进行称重，能够获得横梁对立柱所施加的轴向力；基座上设有用于向横梁施加向下作用力的拉杆，拉杆位于反力柱与立柱之间，拉杆上设有用于检测拉杆的轴向应变的应变检测件；通过应变检测件检测到拉杆的应变，并且根据胡克定律及杠杆原理计算出拉杆向立柱端部所施加的轴向力，上述拉杆向立柱端部所施加的轴向力加上横梁对立柱所施加的轴向力之和即为立柱所受到的总轴向力；基座上固定连接有与立柱间隔布置的固定件，固定件上设有位移传感器，位移传感器能够检测到立柱受到爆炸载荷作用时、在总轴向力的作用下，立柱水平方向所产生的位移，进而确立爆炸荷载作用下立柱的变形与立柱所受到的总轴向力之间的作用关系。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例一种立柱构件的爆炸试验平台的示意图；
21.图2是固定件的背爆面的示意图；
22.图3是固定件的迎爆面的示意图；
23.图4是反力柱与横梁的结构示意图；
24.图5是立柱的结构示意图；
25.图中，1、基座；2、立柱；21、柱基；3、反力柱；31、钢支撑； 4、横梁；5、拉杆；51、应变检测件；52、固定块；53、弹性件；6、固定件；61、第一防爆墙；611、第一钢板；62、第二防爆墙；621、第二钢板；63、第一护板；64、第二护板；65、连接板；7、位移传感器；8、压力传感器；9、炸药；91、炸药固定杆。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
27.在本实用新型的描述中，应当理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一
类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
28.如图1所示，本实用新型一种立柱构件的爆炸试验平台的优选实施例，包括基座1、立柱2、反力柱3、横梁4；立柱2与反力柱3间隔设置在基座1上，横梁4的一端可上下转动的铰接在反力柱3的上部，横梁4的另一端设置在立柱2的上端；通过估算或提前对横梁4 进行称重，能够获得横梁4对立柱3所施加的向下的作用力；基座1 上设有用于向横梁4施加向下作用力的拉杆5，拉杆5位于反力柱3 与立柱2之间，拉杆5上设有用于检测拉杆5的轴向应变的应变检测件51；基座1上固定连接有与立柱2间隔布置的固定件6，固定件6 上设有用于检测立柱3的水平位移的位移传感器7。
29.具体的，反力柱3的下端固定连接在基座1上，立柱2与反力柱3 水平间隔布置且立柱2的下部插设在基座1中，基座1为钢筋混凝土基座，反力柱3的下端固定连接在基座1上，为增加反力柱3的抗弯性，在基座1上沿反力柱3的周向间隔设有多个与基座1倾斜布置的钢支撑31，钢支撑31能够进一步使得反力柱3保持稳定并使反力柱3 处于竖直状态，横梁4的一端通过定向球铰铰接在反力柱3的侧壁的上部；横梁4的另一端通过螺栓可拆连接在立柱2的上端的端部；拉杆5为高强度钢拉杆，拉杆5的下端锚固在基座1上，应变检测件51 为粘贴在拉杆5的表面的电阻应变片，电阻应变片为现有技术，其通过数据线或者无线通信模块，如wifi通信模块、gprs通信模块或者蓝牙通信模块等的至少一种，与数据采集装置连接，通过调整数据采集装置的采样频率，例如每隔0.001毫秒采集相应电阻应变片检测到的一个拉伸应变数据εi。以供后续与拉杆5已知的弹性模量、已知的横截面面积a和已知的拉杆5的轴线与反力柱3的水平距离结合进行计算和统计分析，通过应变检测件51检测到的拉杆5的应变，并且根据胡克定律及杠杆原理计算出拉杆5向立柱2的端部所施加的轴向力，获得拉杆5不同时刻为立柱2提供的轴向作用力数据；将横梁4对立柱3所施加的向下的作用力与上述拉杆5不同时刻为立柱2提供的轴向作用力数据相加即可得出立柱2所受到的总轴向力；优选的，拉杆5 与横梁5垂直布置，便于确定拉杆5的轴线与反力柱3之间的水平距离；
30.位移传感器7能够检测到立柱2在爆炸过程中在水平方向所产生的位移，从而获得爆炸载荷作用下立柱2的水平位移数据，进而确立爆炸荷载作用下立柱2的水平位移与立柱2所受到的总轴向力之间的作用关系。
31.其中，为实现拉杆5向横梁4施加向下的作用力，拉杆5的上端与横梁4之间的连接方式有多种，本实施例中，横梁4上设有与拉杆5 相匹配且沿上下方向延伸的通孔，拉杆5的上端穿过通孔并连接有固定块52，拉杆5上套设有弹性件53，弹性件53位于固定块52与横梁 4之间，应变检测件51位于横梁4的下方。
32.具体的，如图1所示，本实施例的反力柱3和炸药9分别设置在立柱2的左右两侧，当炸药9引爆后，立柱2在爆炸冲击波的作用下向反力柱3的一侧弯曲变形，立柱3的上端向横梁4施加沿横梁4的轴向且指向反力柱3处的轴向压力，在上述轴向压力的作用下，横梁4 的中部回向下弯曲，在固定块52与横梁的上端面之间设置压缩弹簧，当横梁4的中部向下弯曲后，压缩弹簧能够持续向横梁4施加向下的作用力，因此，压缩弹簧的设置使得试验人员能够根据试验需求，通过设置不同组数的拉杆和不同压缩强度的压缩弹簧，来灵活调节爆炸过程中立柱2所承受的轴向作用力的大小，为研究整个爆炸过程不同时间点的相关参数提供了保证。
33.本实施例中，固定块52为螺母，螺母螺纹连接在拉杆5上，通过调节螺母与横梁4之间的距离能够调节压缩弹簧的压缩力；拉杆5沿横梁4的长度方向间隔设有多个。
34.本实施例中，如图2所示，固定件6包括相对间隔布置在基座上的第一防爆墙61、第二防爆墙62，立柱设置在第一防爆墙61与第二防爆墙62之间；第一防爆墙61立柱2相对的一侧固定连接有连接板 65，连接板65的另一端固定连接在第二防爆墙62与立柱2相对的一侧；位移传感器7设置在连接板65上，并且，位移传感器7的检测端抵接在立柱2的侧壁上。
35.具体的，如图1所示，本实施例中的炸药9设置在立柱2的右侧，防爆墙61和防爆墙62与炸药9相对的面为迎爆面，防爆墙61和防爆墙62与反力柱3相对的面为背爆面，本实施例中，连接板65设置在防爆墙61和防爆墙62的背爆面上，位移传感器7的外壳紧固连接在连接板65上，位移传感器7的检测杆抵接在立柱2背离炸药9的一侧的侧壁上，从而防止了爆炸冲击波对位移传感器7的破坏。
36.本实施例中，连接板65沿立柱的轴向间隔设有多个，各连接板65 上均设有位移传感器7，多个位移传感器7能够检测立柱2在爆炸冲击波的作用下沿立柱高度方方向的位移变化情况，进一步提高了试验的准确性。位移传感器7为现有技术，其有多种实施方式，优选滑线电阻式位移计，其可通过数据线或者无线通信模块，如wifi通信模块、 gprs通信模块或者蓝牙通信模块等的至少一种，与数据采集装置连接，通过调整数据采集装置的采样频率，例如每隔0.001毫秒采集相应位移传感器7检测到的一个侧向位移数据，并自动地把不同时刻对应的挠度记录下来，进而得到试验过程中立柱2的挠度-时间关系曲线。
37.本实施例中，如图3所示，第一防爆墙61和/或第二防爆墙62背离反力柱3的一侧的侧壁处设有设有压力传感器8，压力传感器8设置在靠近立柱2的位置处，压力传感器8沿立柱2的高度方向间隔设有多个。多个压力传感器8能够记录爆炸冲击波超压时程曲线，获得爆炸冲击波沿柱构件的柱高方向的非均匀分布情况，多个压力传感器8 能够记录爆炸冲击波超压时程曲线与立柱3所受到的轴向力共同作为爆炸试验的输入参数，进一步分析爆炸荷载分布特征对立柱2的动态响应及破坏模式的影响。
38.其中，压力传感器8为现有技术，其有多种实施方式，优选美国进口pcb系列压力传感器，其可通过数据线或者无线通信模块，如 wifi通信模块、gprs通信模块或者蓝牙通信模块等的至少一种，与数据采集装置连接，通过调整数据采集装置的采样频率，例如每隔 0.001毫秒采集相应位置处的爆炸冲击波超压数据，并自动地把不同时刻对应的超压时程曲线记录下来，进而得到试验过程中立柱2的不同高度处的超压-时间关系曲线。
39.本实施例中，第一防爆墙61与立柱2之间的间隙处、第二防爆墙 62与立柱2之间的间隙处均填塞有弹性密封体，弹性密封体的设置能够防止爆炸冲击波泄露，进一步提高试验数据的准确性，具体的，弹性密封体为橡胶片。
40.本实施例中，第一防爆墙61背离反力柱3的一侧的侧壁处设有第一钢板611；第二防爆墙62背离反力柱3的一侧的侧壁处设有第二钢板621。第一钢板611和第二钢板621的设置防止了爆炸过程中对第一防爆墙61的迎爆面、第二防爆墙62的迎爆面的损伤。
41.本实施例中，第一防爆墙61远离立柱2的一端设有向反力柱3方向延伸的第一护板63，第二防爆墙62远离立柱2的一端设有向反力柱 3方向延伸的第二护板64。
42.具体的，第一防爆墙61与第一护板63为一体成型的第一l形超高强度混凝土防护墙，第二防爆墙62与第二护板64为一体成型的第二l形超高强度混凝土防护墙，两堵超高强
度混凝土防护墙围合称u 型密封结构，位移传感器7设置在u型密封结构内，能够防止爆炸冲击波绕射对位移传感器7的破坏。
43.本实施例中，如图5所示，立柱2的底部设有柱基21，柱基21 卡设在基座1预留的基坑中，柱基21和横梁4对立柱2形成固定约束并使其处于竖直状态，立柱2优选为等截面，其截面形状优选圆形、正方形或者长方形。
44.需要说明的是，本实施例中立柱2所受到的拉杆5所施加的轴向作用力数据n可基于胡克定律的应力-应变关系和杠杆原理进行计算获得，以设置四根拉杆5为例，具体为：
45.由左至右，每根拉杆5所提供的竖向作用力为ni(i＝1,2,3,4)：
46.ni＝ε
iesaꢀꢀꢀ
公式(1)；
47.所有四根拉杆5向立柱2所施加的轴向力为n：
48.n＝∑n
idi
/d
ꢀꢀ
公式(2)；
49.将公式(1)代入公式(2)可得到所有四根拉杆5向立柱2所施加的轴向作用力n，其中，es为拉杆5的弹性模量、a为拉杆5的横截面面积、 di为拉杆5的轴线与反力柱3的水平距离，均为已知量，εi为相应的电阻应变片51检测到的由左至右第i根拉杆5的拉伸应变。
50.立柱2所受到的总轴向作用力为n:
51.n＝n+g/2
ꢀꢀꢀ
公式(3)
52.其中，g为横梁4的重力。
53.一种立柱构件的爆炸试验方法的实施例，包括以下步骤，
54.步骤s1.设置上述的立柱构件的爆炸试验平台，在与立柱2相隔设定距离的位置处设置炸药9；
55.步骤s2.引爆炸药；
56.具体的，炸药9优选tnt球形或柱形炸药，其通过炸药支撑杆91 立于立柱2的中央与立柱2间隔一定距离的位置处，炸药9与立柱2 的轴向的水平距离可根据试验需求并结合炸药的比例距离以及立柱2 的材质、长度和横截面大小等因素而定。炸药的引爆有多种实施方式，以保证试验的安全性和不影响试验的顺利进行为准。例如，可利用4 号铜电雷管进行远距离中心引爆，炸药爆炸后主要对立柱2的迎爆面施加爆炸荷载；此外，通过改变炸药质量可获得不同比例爆距的爆炸荷载，施加不同大小的非均匀爆炸作用。
57.步骤s3.通过位移传感器7获得爆炸过程中拉杆5的轴向应变数据，通过应变检测件51获得爆炸过程中立柱2的水平位移数据；
58.步骤s4，根据上述轴向应变数据，计算得到作用在立柱2上的总轴向力；
59.步骤s5，根据上述的立柱2的水平位移数据和总轴向力数据得到立柱2的水平位移与总轴向力的关系。
60.具体的，通过数据采集分析装置在立柱2受爆炸荷载作用的不同时刻，采集电阻应变片监测到的拉杆5的拉伸应变数据εi以及各个位移传感器7监测到的立柱2的侧向位移，以供后续与拉杆5已知的弹性模量es、已知的横截面面积a和已知的各拉杆5的轴线与反力柱3的水平距离di结合进行计算和统计分析，获得所有拉杆5在不同时刻为立柱2提供的轴向作用力数据n，从而获得在爆炸荷载作用下立柱2 在不同时刻的侧向位移所对应的轴向力大小，以及在爆炸荷载与轴向力共同作用下立柱2的挠度-时间关系，并以此定量判断轴向力对立柱抗爆炸承载力的影响，进而确立爆炸荷载作用下立柱2的水平位移与立柱2所受
到的轴向力之间的作用关系。使得立柱2的承载力能得到合理的利用，正确指导工程抗爆设计，并提高试验效果和节约试验成本。
61.其中，在步骤s2之后，还包括通过压力传感器8获得爆炸冲击波沿立柱2的柱高方向的分布数据，根据分布数据得到爆炸冲击波超压时程曲线；步骤s5还包括，根据立柱2的水平位移数据、总轴向力数据、爆炸冲击波超压时程曲线，得到立柱2的水平位移随总轴向力、爆炸冲击波的变化关系。
62.具体的，在步骤s4中，根据轴向应变数据计算得到作用在立柱2 上的总轴向力的计算公式为：
63.n＝d+g/2；
64.其中，n为作用在立柱2上的总轴向力、e为拉杆5的弹性模量、 a为拉杆5的横截面面积、为拉杆5的轴线与反力柱3的水平距离、为电阻应变片51所检测到的拉杆5的拉伸应变、d为立柱2至反力柱 3的水平距离、g为横梁4的重力。
65.需要说明的是，本实用新型之立柱构件的爆炸试验方法的其他具体实施方式与上述一种立柱构件的爆炸试验平台的其他具体实施方式大致相同，在此不再详细赘述。
66.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。