一种超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及土木工程材料性能测试技术领域，尤其涉及一种超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的测试装置及方法。

背景技术

高应变率下对超高延性混凝土进行拉伸性能测试是为了准确评估超高延性混凝土在高应变率下的拉伸性能，此处超高延性指拉伸应变大于3％，此处高应变率指应变率大于1s

传统高应变率下的拉伸试验，在试验中利用钢垫块固定在试件两端以改善应力集中问题，并采用不同直径的紫铜片对入射波进行整形以改善试件两端面的应力不均匀性。且由于传统高应变率下的拉伸试验使用试件的尺寸必须足够大，而大直径试件会带来横向惯性效应产生的围压的影响，从而导致对实验结果产生干扰。

传统高应变率下的拉伸试验存在试验过程较为复杂，且受限于大尺寸试件横向惯性效应产生的围压干扰，影响实验结果准确性的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的测试装置及方法，以解决相关技术中试验过程较为复杂，且受限于大尺寸试件横向惯性效应产生的围压干扰，影响实验结果准确性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

本发明提供的测试装置包括：加载端、底座、下部夹具、加速节和上部夹具；

所述下部夹具安装于所述底座，用于夹持试件下端；

所述加速节安装于所述加载端，随所述加载端的加载同步移动；

所述上部夹具与所述加速节滑动连接，用于夹持所述试件上端；

加载后，所述加速节随所述加载端向上移动，并与所述上部夹具相对移动；当所述加速节抵接于所述上部夹具时，所述加速节带动所述上部夹具向上移动，以使所述上部夹具远离所述下部夹具。

更进一步地，所述加速节上设置有第一矩形槽，所述上部夹具上设置有第二矩形槽；

所述加速节包括第一U形框和第一冲击梁，所述第一U形框和所述第一冲击梁围成所述第一矩形槽，所述上部夹具包括第二U形框和第二冲击梁，所述第二U形框和所述第二冲击梁围成所述第二矩形槽；

所述第一冲击梁滑动设置于所述第二矩形槽内，所述第二冲击梁滑动设置于所述第一矩形槽内；

所述第一冲击梁随所述加载端向上移动后抵接于所述第二冲击梁，进而带动所述上部夹具上移。

更进一步地，还包括支撑机构，所述支撑机构安装于所述底座；

所述支撑机构包括支撑架，所述上部夹具还设置有限位杆，当所述上部夹具下移时，所述限位杆抵接于所述支撑架。

优选地，所述支撑架上设置有槽口，所述槽口呈U形，所述限位杆的截面形状与所述槽口形状对应；

当所述上部夹具下移时，所述限位杆卡接于所述槽口。

更进一步地，还包括调高机构，所述调高机构包括调节环；

所述调节环套装于所述下部夹具并与所述下部夹具转动连接；

所述支撑机构还包括调节盘，所述调节盘与所述支撑架连接并套设于所述调节环，所述调节盘与所述调节环螺纹连接，转动所述调节环以带动所述调节盘在高度方向上移动。

更进一步地，所述调高机构还包括限位板，所述限位板与所述下部夹具连接，所述调节环上端贴合于所述限位板，所述调节环下端贴合于所述底座，所述支撑架穿透所述限位板并与所述限位板滑动连接。

更进一步地，所述调节环还包括把手，多个所述把手绕所述调节环的轴线均布。

一种测试超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的方法，包括如下步骤：

所述试件表面喷涂白漆及黑色追踪散斑；

将所述试件夹持于所述测试超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的装置上；

进行拉伸加载实验时，通过摄像机采集不同时刻试件表面的黑色追踪散斑的位置变化，并将拍摄的图片采用数字图像相关技术进行处理，以得到试件相应的应变变化。

更进一步地，所述摄像机选用高速摄像机，并在进行拉伸加载实验期间，用光源对所述试件进行照射。

更进一步地，试验开始后，所述加速节向上移动并加速到预设速度后，所述加速节与所述所述上部夹具抵接并带动所述上部夹具向上移动，所述试件随之受力。

综合上述技术方案，本发明的有益效果分析如下：

本发明提供了一种超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的测试装置包括：加载端、底座、下部夹具、加速节和上部夹具；

所述下部夹具安装于所述底座，用于夹持试件下端；

所述加速节安装于所述加载端，随所述加载端的加载同步移动；

所述上部夹具与所述加速节滑动连接，用于夹持所述试件上端；

加载后，所述加速节随所述加载端向上移动，并与所述上部夹具相对移动；当所述加速节抵接于所述上部夹具时，所述加速节带动所述上部夹具向上移动，以使所述上部夹具远离所述下部夹具。

具体应用时，将使用夹具将所述试件夹持安装在高速拉伸试验机上，所述加速节与所述上部夹具顶端靠近，使所述空隙扩大；试验开始后，所述空隙提供了加速段，所述加速节加速到一定速度后，所述空隙消失，所述加速节抵接于所述上部夹具，所述试件开始受力。

可以看出，相较于现有技术，该测试装置通过设置加速段保证所述试件开始受力时拉伸速率己达设定速率，以达成高应变速率条件，操作简单，且没有额外围压的干扰，克服了传统高应变率下的拉伸试验存在试验过程较为复杂，且受限于大尺寸试件横向惯性效应产生的围压干扰，影响实验结果准确性的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的测试装置装载试件时的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的测试装置拉伸试件时的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的测试装置拉断试件时的整体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的测试装置上部夹具处的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的测试装置装载短试件时的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的测试装置调整调高机构后装载长试件时的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的测试装置调高机构处的局部剖切结构示意图。

图标：

000、加载端；001、底座；002、试件；

100、下部夹具；

200、加速节；201、第一矩形槽；210、第一U形框；220、第一冲击梁；

300、上部夹具；301、第二矩形槽；310、第二U形框；320、第二冲击梁；330、限位杆；

400、支撑机构；410、支撑架；411、槽口；420、调节盘；

500、调高机构；510、调节环；511、把手；520、限位板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

传统高应变率下的拉伸试验存在试验过程较为复杂，且受限于大尺寸试件横向惯性效应产生的围压干扰，影响实验结果准确性的技术问题。

有鉴于此，本发明提供了一种超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的测试装置及方法，包括：加载端000、底座001、下部夹具100、加速节200和上部夹具300；

下部夹具100安装于底座001，用于夹持试件002下端；

加速节200安装于加载端000，随加载端000的加载同步移动；

上部夹具300与加速节200滑动连接，用于夹持试件002上端；

加载后进入加速段，试件002不受力，加速节200随加载端000向上移动，并与上部夹具300相对移动，加速节200不断加速；当加速节200抵接于上部夹具300时进入拉伸段，加速节200以高速冲击带动上部夹具300向上移动，以使上部夹具300远离下部夹具100，试件002开始受力时拉伸速率己达设定速率。

综合上述技术方案，本发明提供的测试装置，能实现的如下技术效果：

该测试装置通过设置加速段保证试件开始受力时拉伸速率己达设定速率，以达成高应变速率条件，操作简单，且没有额外围压的干扰，克服了传统高应变率下的拉伸试验存在试验过程较为复杂，且受限于大尺寸试件横向惯性效应产生的围压干扰，影响实验结果准确性的技术问题。

以下结合图1至图7对本实施例提供的测试装置的结构和形状进行详细说明：

更进一步地，加速节200上设置有第一矩形槽201，上部夹具300上设置有第二矩形槽301；

加速节200包括第一U形框210和第一冲击梁220，第一U形框210和第一冲击梁220围成第一矩形槽201，上部夹具300包括第二U形框310和第二冲击梁320，第二U形框310和第二冲击梁320围成第二矩形槽301，因为第一冲击梁220和第二冲击梁320在多次实验后可能出现损坏，采用可拆卸更换设计，便于实验仪器的维护；

第一冲击梁220滑动设置于第二矩形槽301内，第二冲击梁320滑动设置于第一矩形槽201内；

第一冲击梁220随加载端000向上移动并加速，直到抵接于第二冲击梁320的过程即为加速段，加速段为第一冲击梁220提供了加速时间，加速后的第一冲击梁220继续向上移动进而带动上部夹具300上移，保证了试件002开始受力时拉伸速率己达设定速率。

更进一步地，还包括支撑机构400，支撑机构400安装于底座001；

支撑机构400包括支撑架410，上部夹具300还设置有限位杆330；

当上部夹具300下移时，限位杆330抵接于支撑架410，限位杆330受支撑架410支撑，上部夹具300不会与下部夹具100产生干涉。

优选地，支撑架410上设置有槽口411，槽口411呈U形，限位杆330的截面形状与槽口411形状对应；

当上部夹具300下移时，限位杆330卡接于槽口411，上部夹具300支撑稳定，保持竖直不摇晃。

更进一步地，还包括调高机构500，调高机构500包括调节环510；

调节环510套装于下部夹具100并与下部夹具100转动连接；

支撑机构400还包括调节盘420，调节盘420与支撑架410连接并套设于调节环510，调节盘420与调节环510采用小螺纹升角的螺纹连接，因此调节盘420与调节环510间具有自锁特性，转动调节环510以带动调节盘420在高度方向上移动，因此上部夹具300与下部夹具100间距可调，便于安装不同试样。

更进一步地，调高机构500还包括限位板520，限位板520与下部夹具100连接，限位板520与基台110不会发生相对转动，调节环510上端贴合于限位板520，调节环510下端贴合于底座001，限位板520与底座001用于限制调节环510的高度，支撑架410穿透限位板520并与限位板520滑动连接，限位板520用于限制支撑架410的转动。

更进一步地，调节环510还包括把手511，多个把手511绕调节环510的轴线均布，用于调节环510的施力旋转。

一种测试超高延性混凝土高应变率下拉伸性能的方法，包括如下步骤：

清洁试件002表面后，在试件002表面喷涂哑光白漆作为衬底，静置20分钟。

等待试件002表面的哑光白漆变干后，在白色衬底上均匀喷涂黑色散斑。

安装光源，将试件002固定在试验装置上，调整试件002与超高速摄像机之间的距离，试件表面应与超高速摄像机镜头的面平行，调整摄像机三脚架，使得摄像机与地面平行，在试验中通过不断拍照的方式采集试件表面的散斑点信息。

调整采集器光圈，感光度等，使拍摄的照片具有较高的清晰度，试件开始加载的同时拍摄第一张照片。

在获取数据时，首先对所有照片间隔取样进行应变分析，从而定位出试件002应变开始发展的时刻。随后利用开源算法软件Ncorr对从该时刻起至试件002破坏结束为止采集得到的每一张散斑图像进行处理分析，从而得到拉伸过程中狗骨试件002的应变数据。

更进一步地，试验开始后，加速节200向上移动并加速到预设速度后，加速节200与上部夹具300抵接并带动上部夹具300向上移动，试件002受力拉伸，拉伸速率达到预设速率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。