混凝土材料惯性力效应SHPB实验研究

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发布时间：2021-09-17

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混凝土材料惯性力效应SHPB实验研究
蒋国平，肖三霞
(福建江夏学院工程学院福建省201 1高性能混凝土协同中心，福建福州350108)
摘要：在混凝土的冲击动力学测试的时，通常存在各种动力学效应，比如说：轴向与侧向惯性约束效应，应力波传播的影响和
最终摩擦效应等，这些效应有些是材料本身的性质，有些是尺寸效应，有些是试验误差等，然而所有的动态效应都进入了最后的测试结
果，为试验带来了不必要的误差甚至错误。针对质性力效应产生的机理，设计了三种不同尺寸的素混凝土试件进行SHPB试验，得到了
惯性力效应对试验的定量影响，在此基础上对素混凝土的DIF进行了修正研究，为混凝土抗冲击工程设计提供了参考依据。
关键词：冲击；混凝土；SHPB；惯性力
中图分类号：Tu528．01 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)12—0001—03
SHPB experimental study of the lateral efect under impact loading
JIANG Guoping，XIAO Sanxia
(201 1 High Performance Concrete Coordination of Centre Fujian Province，School of Engineering，Fujian Jiangxia University
Fuzhou 350108，China)
Abstract：W hen testing impact dynamics of the concrem ，it is usually present a variety of kinetic effects such as the axial and lateral in—
ertial confinement effects，the effects of stress wave propagation and final friction effects，etc．Some of these effects is the material itself
nature of some size effect，some experimental error，etc．，but all dynamic effects，however，are entering the final test results for the ex—
perimental unnecessary eror or e fen wrong．Due to the mechanism of lateral effect．we designed three different sizes of specimen for
SHPB test．The quantitatives of the lateral effect are obtained．The DIF is corected which is the basis for the concre~ impact engineering
design．
Key words：impact；concre~ ；SHPB；lateral effect
0 引言
混凝土在冲击载荷作用下通常存在各种动力学效应，
目前动力学效应对混凝土本构关系的影响已经越来越被
研究者所重示，郝洪与李庆明教授认为试验中获得的动态
强度放大因子(DIF)有可能来自于测试过程中产生的侧
向惯性约束、以及端面摩擦效应等。冲击载荷作用下
混凝土材料抗压强度的相对增强很大程度上应归于横向
惯性约束作用的存在，这种约束作用是和材料的静水压力
特性相关的，而并非完全是由材料率敏感效应引起的。冲
击压缩载荷作用下，由于惯性效应的影响，在其横向产生
了约束作用。Hao和Zhou(2007)在第7届Intemational
Conference on Shock and Impact Loads on Structures大会特
邀报告中曾较为系统地综述过这方面已有的研究成果，
对各种混凝土动态本构关系模型的共性和区别进行了系
统比较，并在此基础上分析比较了不同材料模型及参数对
结构响应数值模拟结果精度的影响。这其中较为典型的例
子是混凝土材料本构模型。讨论了混凝土动态强度放
大因子DIF(Dynamic Increase Factor)作为应变率的显式
函数关系，但是这些模型中显然存在很大的差别和分
歧，导致混凝土材料在高应变率下动态强度增长的机
理机制方面一直存在不同的学术观点和争论。本试验通
过对惯性力效应产生的机理进行分析，设计了相关试件尺
寸，并对素混凝土惯性效应进行修正，为混凝土抗冲击，抗
震设计提供了参考。
1 SHPB试验
本试验采用常规的分离式霍普金森(SHPB)装置进行
试验，典型的SHPB装置示意图如图1所示。子弹、输入杆
和输出杆均为特质钢材，其弹性模量是200 GPa，密度为
7 800 kg／m ，应力波的波速为5 160 m／s，所采用的子弹直
径为40 mm，长度为300 mm。输入杆和输出杆的直径为
40Ⅱun，长度为2 000 mm。电阻应变片粘贴在输入杆和输
出杆的中部。在对混凝土试件的惯性效应试验中，各种分
析参数分别为：入射杆上电阻应变片的电阻值是120欧
姆，灵敏系数是2，电压应变转换系数为250。透射杆上电
阻应变片的电阻值是120欧姆，灵敏度系数为100，电压应
变转换系数是250。超动态应变仪的桥压是4 V，有效桥臂