混凝土动力试验设备的发展现状与展望(2)

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闫东明!林皋"混凝土动力试验设备的发展现状与展望水科学与工程技术

!""7年第1期

体试件

进行动载试验,应变速率范围为5#10-8

$10-3S-1

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BieStei和Beiteio 2 试验得到的应变速率范围为10-5$10-1S-1O肖诗云等人 3$4 采用MTS液压伺服疲劳试验机对立方体试件进行动态压缩和拉伸试验,拉伸试验得到的应变速率范围为10-5$10-2S-1,压缩试验得到的应变速率范围为

10-5$10-1S-1O

董毓利等人 5 采用美国MTS公司815.02型电液伺服试验系统,对圆柱体试件进行动态压缩试验,其应变速率范围实现了10-5$102S-1O

为了实现更高的应变速率,一些研究者将油缸通过气缸进行加压0气~液联动系统0,可以进行应变速率为1S-1的动态压缩试验O

KatSuta等人 6 采用这种改进的液压设备对圆柱体试件进行动载试验,得到的应变速率范围为10-6$10-1S-1OEvanS 7 采用这种设备对立方体试件进行动载试验,得到的应变速率范围为10-7$1S-1O

液压设备在静态试验中已经得到广泛应用,积累了丰富的经验,在提高试验机刚度~量测试件变形等方面形成了比较成熟的技术O在电液伺服条件下,应变速率或加载速率的控制精度较高O随着伺服阀~油泵等关键部件性能的提高,液压动力设备易于向混凝土多轴动态设备过渡,从而完成在动态荷载下的双轴和三轴试验O

日本的Fujikake等人 8 采用液压设备,通过液压作为侧向的恒定压力,在竖向施加动态荷载,从而实现三向应力状态下的动态试验O由于油泵性能有限,侧向压力不能完全维持恒定,在试验过程中,尤其是在较高的应变速率下,侧向压力有降低的趋势O

大连理工大学李木国等人 9 在21世纪初期自行研制了大型动态液压伺服试验系统,见图1O其作动器~液压源~数字控制~模拟控制~应用软件等各方面都采用了新的技术,以计

算机为核心的电液伺服自动化控制方式,可以实现混凝土的动态单轴~双轴和三轴压缩试验,可以进行各种拉压~静动态等任意组合试验,作动器响应频率可以达到10HzO测试结果表明,此试验系统性能稳定O

大连理工大学宋玉普等人 10$12 利用该设备对混凝土进行动态的单轴和双轴动态压缩试验,实现的加载速率范围为

2$2000Mpa/S,其相应的应变速率范围达到10-6$10-3S-1O

总的看来,液压试验系统具有很多优点,如试验技术相对成熟,应变速率或者荷载速率控制精度高,易于向三轴动态设备扩展等O荷载值和变形值能够方便~准确地测

量O但是液压动态设备对伺服阀~油泵等关键部件性能要

求很高,导致研制成本相对较高O该类设备可以实现的应变速率范围通常在10-6$100S-1,对于研究地震荷载~风荷载等中低应变速率的情况比较适用O

随着设备制造水平的提高,设备控制系统将会越来越智能化,试验机的整体刚度会得到增强,加载速度和反馈速度也会大幅度地提高,设备整体性能设计更为合理,这将掀起一个混凝土多轴动态性能的研究高潮O目前大连理工大学正着手研制更完善的多轴液压动力试验系统O

!"!落锤动力试验系统

为了得到较高的应变速率,一些研究者采用落锤的方

法进行动载试验O通过设置重物的重量~下落高度~落地碰撞垫层厚度等来改变实际作用到试件上的应变速率大小O

落锤试验系统可以将82kg或578kg的重物从高达

2500mm的高空落下,砸向目标混凝土试件O文献 13 采用此系统进行试验,重物采用578kg,试件形式为直径100mm~高200mm的圆柱体,设置落锤从250mm和500mm高处落下,得到的冲击速率分别为2.21m/S和3.13m/S,冲击能量分别为1417]和2835]O其应变速率量级约为1$10S-1O

美国也研制了落锤试验系统OElfaial等人采用此系统对尺寸为75mm#150mm$600mm#1200mm不等的圆柱体混凝土试件进行动力试验,得到冲击速度为5m/S和7m/SO其相应的试件应变速率范围为1$10S-1O

日本的落锤试验设备的落锤高度可以达到28mOElfa%ial等人还利用此试验设备对300mm#600mm和600mm#1200mm的圆柱体试件进行了试验,采用的冲击速度达到5m/S和7m/SO

这一类设备的优点是试验系统构造比较简单,对设备制造所要求技术难度不大,成本相对较低;通过调整落锤的重量,设备可以实现很大的冲击力O缺点是在试验过程中真正施加在试件上的荷载值难以精确地量测,加载速率难以精确控制O对于研究材料的多轴动态试验显得粗糙O

!"#HopkinSon压杆动力试验系统

目前分离式的HopkinSon压杆0SHpB0技术被认为是测量固体材料在10$103S-1高应变速率下动态特性的最有效的方法O早在1914年,HopkinSon就提出了测试瞬态脉冲应力的压杆技术,1949年KolSky对它进行改进,其基本组成被沿用至今O经过多年的发展,这一类设备已经被应用到动态拉伸 15 和扭转 16 试验中O

试验装置的撞击杆撞击入射杆,在入射杆中产生的一维平面波到达试件后产生反射和投射O假设试件在撞击过

程中保持一维平面应力状态,通过应变片等量测设备可以记录入射杆~透射杆中应变随时间变化的曲线,也就得到了试件两端的应力~应变随时间的变化过程O通过简单的计算,可以反算出试件材料的应力应变关系曲线O

GioteS等人 17 利用动态压缩试验装置,用气枪作为动力源,对直径为19.05mm和12.70mm的圆柱体砂浆试件进行动态压缩试验,得到的应变速率范围为250$1700S-1O

Lamebeit等人 18 采用动态劈拉试验装置设备,与巴西0Biizilian0试验的方法相结合,对直径76mm~高38mm的混凝土圆柱体试件进行动态劈裂试验,得到的应变速率范

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