大尺寸混凝土试样的竖杆压缩试验.pptx

目录目录0 引言1实验目的2实验原理3实验装置和示意图4实验方案5实验步骤6实验数据分析7实验结论0 引言引言1917年Abrams对混凝土进行压缩试验时发现混凝土抗压强度存在速率敏感性。国内外众多学者开始对混凝土材料进行各种力学性质的动载试验研究。为了使混凝土研究具有宏观意义有效性，试验用混凝土的尺寸至少要比最大骨料尺寸大一个量级。下面利用建立好的由多个细杆组合而成的竖直捆绑式Hopkinson束杆装置，对工程混凝土开展动态力学特性开展实验研究。1实验目的实验目的 了解霍普金森压杆（）实验的原理，掌握实验的基本操作步骤。本实验主要利用HOPKINSAN束杆对大尺寸混凝土在不同应变率下冲击载荷作用下的力学性能进行实验研究，一方面考察HOPKINSAN束杆及技术的可行性，同时对混凝土动态力学性能及破坏过程进行初步探索，为进一步的工作提供基础。2 实验原理实验原理SHPB试验基本原理是：改变子弹撞击杆自由下落的高度，就可以改变子弹撞击杆和入射束杆相撞击的速度，从而实现不同幅值的入射应力波。在入射杆中产生一维应力波，波传播到达试件后在入射杆中产生反射波，透射杆中产生透射波。试件在冲击过程中近似保持一维平面应力状态，动态应变仪记录了入射杆、透射杆中应变随时间变化的曲线，通过专业程序处理，可得出试件在冲击过程中的应变率与应力-应变曲线。实验装置和示意图实验装置和示意图本文建立好的竖直捆绑式Hopkinson束杆实验系统，由25根束杆组成，图.1所示 实验装置和示意图实验装置和示意图 竖直捆绑式Hopkinson束杆动态实验包括支架、入射束杆、透射束杆和撞击杆，撞击杆的上端部固定设置有用轻质高分子材料制成的连接块，支架上固定设置有V型导轨，连接块与导轨滑动配合，入射束杆和透射束杆从上至下沿导轨设置，入射束杆由多根入射单杆组成，透射束杆由多根透射单杆组成，入射单杆和透射单杆的横截面形状相同且数量相等。试件的选择试件的选择试件采用150mm150mm100mm的长方体试件，用自制非标准钢模成型，振动台振捣密实，24h后脱模，露天浇水养护28d龄期，自然放置三个月。试件经加工打磨后，厚度控制在100mm左右，两端面平行，端面不平整度=0.02mm。试验所用试件分为、共4个，试件强度等级都为C40，其配合比如表4.1所示，图4.2为试件在Hopkinson束杆装置的放置位置。表 4.1 C40 混凝土试件的配合比实验中，我们在混凝土试件两个对称侧面各贴一片大尺寸应变片，以其测量其冲击载荷下的真实应变值。Hopkinson Hopkinson 束杆装置束杆装置撞击杆、入射杆和透射杆均采用LC12A铝合金材料，此材料系Al-Zn-Mg-Cu超高强度铝合金，该铝合金密度2800kg/m3为 ，抗拉强度t和屈服强度y均达到500550Mpa，弹性模量E为71Gpa。材质轻。撞击杆由一根大截面方杆制成，其尺寸为150mm150mm300mm，通过高分子材料制成的连接滑块连接，可沿着落锤装置的V型槽滑动、自由落下，轻质高分子滑块比铝制撞击杆的波阻抗小的多，不会影响入射应力波的加载波形和卸载波形。撞击杆设计示意图和实物图如图3.10所示。Hopkinson Hopkinson 束杆装置束杆装置入射束杆和透射束杆均由55=25根小尺寸方杆组成，入射杆单根方杆尺寸为30mm30mm150mm，透射杆单根方杆尺寸为30mm30mm100mm，如图3.11所示。图 3-11 入射单杆与透射单杆 实验方案实验方案 图3-1轻气炮试验装置图通过调节子弹撞击杆不同的下落高度，获得不同的冲击速度:速度公式:v=gt位移公式:s=1/2(g*t2)本实验根据子弹撞击杆自由落体运动高度不同，把实验分为4个实验工况，具体的工况参数如表4.2所示：5 5实验步骤实验步骤 图3-1轻气炮试验装置图1、对架台、试件及压杆等试验器材进行清理干净。2、测量试件及压杆的尺寸，并予以记录。3、分别在入射杆和透射杆上贴应变片。4、将入射杆和透射杆的应变片分别通过导线连接到桥盒上，便于超动态应变仪采集信号。5、调整压杆支座，使撞击杆、入射杆、透射杆处于同一水平线上。6、调试超动态应变仪。7、全面检查防护装置是否全部到位。8、所有实验前准备确定无误后，开始实验。9、实验结束后，清理实验现场。图3-1轻气炮试验装置图利用Hopkinson束杆试验装置，通过贴在入射单杆和透射单杆上的电阻应变片，可以获得单杆上的入射波时程图、反射波时程图和透射波时程图。由于超动态应变仪和瞬态波形储存器通道数量有限，本实验选择测试图3.20所示入射束杆和透射束杆A、B、C、D、E共5位置单杆上脉冲信号。在开展大尺寸混凝土动态冲击实验前，先对空杆加载波形进行测试。信号采集处的单杆位置 应变片的粘贴应变片的粘贴6 6 实验数据分析实验数据分析 图3-1轻气炮试验装置图所建立的捆绑式Hopkinson束杆实验系统，每根细杆均满足“一维应力波”和“试件应力应变均匀化”两个假定。应力波在方杆中的传播满足一维应力波假定，因此可以近似地按一维弹性波分析。根据示波器记录的应变片信号可以方便获得每对方杆的入射、反射、透射应变-时间时程曲线。对每对方杆的应变信号进行处理，就可以得到对应于每对单杆位置间的混凝土的应变-时间关系，应力-应变关系：其中A和A0是分别为压杆和试样的横截面积，l0是试样的长度，C0是杆的弹性波速。实验数据分析实验数据分析 图3-1轻气炮试验装置图另外，在得到对应于每对方杆位置的局部混凝土的应力应变关系的基础上，可以通过式(3.10)和式(3.11)，就可以进一步获得整个混凝土试件的平均应力和平均应变。藉此可以研究不同冲击应变率下工程混凝土的动态力学特性。其中A是每根单杆的截面面积，A0是混凝土试样的截面面积。E、C分别为压杆的弹性模量和弹性波波速，l0是混凝土试样的长度。