用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装的制作方法

1.本实用新型涉及一种建筑构件毁伤试验工装，具体涉及一种用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装。


背景技术：

2.研究建筑构件在爆炸作用下的毁伤，在军事和防灾减灾等领域均具有重要的作用，其中，梁、柱、板和剪力墙等建筑构件是建筑结构的基础，因此在研究建筑结构整体在爆炸冲击波作用下的结构响应时，首先需对建筑构件的毁伤机理有较为清楚的认知。受制于试验安全和经费等客观条件，一般一发试验需同时设置多个建筑构件试验件，进而产生符合预期目标的毁伤效果，且互不干扰，基于此，对试验设计及测试工装的结构等提出了相当高的要求。
3.现有的测试工装一发试验仅针对一个建筑构件，测试效率较低；同时，梁、柱类建筑构件由于单方向长度远大于另外两个方向长度(假定为z轴方向长度远大于x轴和y轴)，其竖立放置时，测试工装支撑刚度较弱，在试验冲击波的作用下易发生反向倾覆，进而影响测试结果的精度。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是解决现有的测试工装测试效率较低及测试结果获取率较低等技术问题，而提供一种用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：
6.一种用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特殊之处在于：
7.包括两个夹持单元、两个信息采集单元和一个压力测试单元；所述夹持单元与压力测试单元均固定于地面上且呈三角形分布；所述夹持单元用于固定毁伤测试的试验件，压力测试单元用于获取毁伤测试时爆炸冲击波的压力载荷信息；
8.两个夹持单元与压力测试单元的上端之间通过钢架两两相连，下端之间通过钢架两两相连，所述压力测试单元、两个夹持单元以及各个钢架共同围成中空的三棱柱结构，三棱柱结构的中心处用于放置毁伤测试使用的爆炸物；
9.所述两个信息采集单元分别设置在对应的试验件远离爆炸物的一侧，用于采集试验件结构响应的参数信息。
10.进一步地，所述夹持单元包括限位组件、支撑组件及两组固定组件；
11.所述限位组件包括安装底板和多个第一地钉，每个第一地钉的一端与安装底板连接，另一端伸入地面；
12.所述支撑组件包括平行设置的两个第一竖向支撑板，第一竖向支撑板的下端固定于安装底板上，试验件位于两个第一竖向支撑板靠近爆炸物的一侧；
13.所述两组固定组件分别位于第一竖向支撑板的上下两端，用于将试验件与第一竖向支撑板紧固。
14.进一步地，所述支撑组件还包括两个斜向支撑板，其位于第一竖向支撑板远离爆炸物的一侧，斜向支撑板的上端与第一竖向支撑板的上部连接，下端固定于安装底板上。
15.进一步地，所述支撑组件还包括两个后侧支撑板和多个正向支撑板；
16.所述两个后侧支撑板平行设置于两个第一竖向支撑板的外侧，且分别位于两个斜向支撑板的外侧，并与对应的斜向支撑板连接；后侧支撑板的下端固定于安装底板上；
17.所述多个正向支撑板分别由上至下或由下至上排列于两个第一竖向支撑板之间，且在正向支撑板的不同位置处分别开设有信息采集单元的接口，用于传感器通过以及信息采集单元连接线的穿出。
18.进一步地，所述两组固定组件分别为上固定组件和下固定组件，所述上固定组件和下固定组件分别包括四块固定板，四块固定板之间相互连接并围成中空的方形框体；所述上固定组件对应的方形框体与第一竖向支撑板的上端固连；所述下固定组件对应的方形框体固定于安装底座上，且与第一竖向支撑板的下端固连；所述上固定组件对应的方形框体和下固定组件对应方形框体的中心轴线同轴，用于放置试验件，使得试验件与第一竖向支撑板紧固连接。
19.进一步地，所述压力测试单元包括竖向支撑体、安装底座及多个压力传感器；
20.所述竖向支撑体包括三块第二竖向支撑板，三块第二竖向支撑板的长边相互连接并围成u形框体，u形框体的下端固定于安装底座上，安装底座通过多个第二地钉固定于地面上；
21.靠近爆炸物一侧的第二竖向支撑板上不同位置处分别设有多个安装接口，多个压力传感器分别安装于u形框体内部，且与安装接口一一对应，用于获取不同位置处的爆炸冲击波压力载荷信息。
22.进一步地，所述压力测试单元还包括两个侧向支撑板和两个腹向支撑板；
23.所述两个侧向支撑板的一端分别与两侧的第二竖向支撑板连接，另一端分别固定于安装底座上；
24.所述两个腹向支撑板分别位于两侧的第二竖向支撑板的下端外侧，且固定于安装底座上。
25.进一步地，每个钢架位于夹持单元的一端分别与方形框体固连，位于压力测试单元的一端分别与第二竖向支撑板的端部固连，以此提高测试工装的稳定性。
26.进一步地，所述安装底板上设有多个平行放置的第一槽钢，每个第一槽钢内设有多个穿透安装底板的第一通孔，所述第一地钉为丁字形结构，第一地钉穿过第一通孔将安装底板固定于地面上；
27.所述安装底座上设有多个平行放置的第二槽钢，每个第二槽钢内设有多个穿透安装底座的第二通孔，所述第二地钉为丁字形结构，第二地钉穿过第二通孔将安装底板固定于地面上。
28.进一步地，所述第一槽钢的宽度大于第二槽钢的宽度。
29.本实用新型相比现有技术具有的有益效果如下：
30.1、本实用新型的测试工装，包括两个夹持单元、两个信息采集单元和一个压力测试单元；夹持单元与压力测试单元均固定于地面上；夹持单元与压力测试单元的两端之间，以及两个夹持单元的两端之间分别通过钢架连接，该测试工装可应用于建筑构件爆炸毁伤
效应试验，满足单次试验同时造成多组试验件结构毁伤的试验要求，在保证试验数据真实可靠的前提下，有效提升了试验效率，节约了试验成本；同时，压力测试单元、两个夹持单元以及各个钢架之间共同围成中空的三棱柱结构，毁伤测试的爆炸物位于三棱柱结构的中心处，以此提高了测试工装的稳定性，进而提高测试结果的获取率。
31.2、本实用新型的夹持单元，包括限位组件、支撑组件及两组固定组件，同时还包括两个斜向支撑板、两个后侧支撑板和多个正向支撑板，以此优化了试验件安装工装的稳定性，避免爆炸冲击波在传播过程中受到非试验件的干扰，保证试验件的冲击波荷载符合理想爆炸冲击波衰减规律。
32.3、本实用新型的固定组件分别位于第一竖向支撑板的上下两端，通过在试验件和第一竖向支撑板增加紧固结构，使得在爆炸冲击波作用下，试验件仍能与爆炸物的爆心维持相同的距离，进而提高试验结果的可靠性。
33.4、本实用新型的信息采集装置及压力传感器均位于测试工装远离爆炸物的一侧，进而为信息采集装置、压力传感器及其传输电缆提供了物理保护，避免爆炸冲击波直接作用于传感器或传输电缆上，从而保证了试验数据采集的完整性。
附图说明
34.图1为本实用新型实施例的使用状态示意图；
35.图2为本实用新型实施例中夹持单元的结构示意图；
36.图3为本实用新型实施例中压力测试单元的结构示意图；
37.图4为本实用新型实施例中安装底板的结构示意图。
38.附图标记如下：
39.1-夹持单元；11-安装底板；111-第一槽钢；12-第一地钉；13-第一竖向支撑板；14-斜向支撑板；15-后侧支撑板；16-正向支撑板；17-上固定组件；171-固定板；172-固定螺栓；18-下固定组件；2-试验件；3-爆炸物；4-钢架；5-压力测试单元；51-安装底座；511-第二槽钢；52-第二竖向支撑板；53-第二地钉；54-侧向支撑板；55-腹向支撑板。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
41.如图1所示，本实用新型提供了一种用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，包括两个夹持单元1、两个信息采集单元和一个压力测试单元5。夹持单元1与压力测试单元5均固定于地面上且呈三角形分布；夹持单元1用于固定毁伤测试的试验件2，压力测试单元5用于获取毁伤测试时爆炸冲击波的压力载荷信息。
42.本实施例中，试验件2主要是指梁或者柱这类单一方向尺寸远大于其余两个方向的建筑构件。该类型建筑构件适合竖立放置，爆炸冲击波反射影响范围较小，因此该类型建筑构件具备同一发试验放置多组试验件的条件。
43.夹持单元1与压力测试单元5的两端之间，以及两个夹持单元1的两端之间分别通过钢架4连接，即两个夹持单元1与压力测试单元5的上端之间通过钢架4两两相连，下端之间通过钢架4两两相连，压力测试单元5、两个夹持单元以及各个钢架4(共六根钢架)共同围成中空的三棱柱结构。通过吊装装置或底部支撑装置将毁伤测试的爆炸物3固定于起爆点，
起爆点的离地高度及与各试验件的相对距离可根据试验设计方案进行调整，本实施例中的起爆点设于三棱柱结构的中心处，即爆炸物3位于三棱柱结构的中心处，此设计通过钢架4的连接，使得试验件2和压力测试单元5与爆炸物3的相对位置在试验前后保持一致，进而提高了测试数据的准确性。
44.两个信息采集单元分别设置在对应的试验件2远离爆炸物3的一侧，用于采集影响试验件2结构的动态响应参数信息，用以研究建筑构件在爆炸冲击波作用下的毁伤机理。试验开始时，爆炸物3产生的爆炸冲击波作用于试验件2的表面和压力测试单元5上安装的压力传感器敏感面，通过信息采集单元和压力传感器，可测量得到冲击波对试验件2的各类毁伤参数及爆炸冲击波的压力参数。
45.结合图1、图2和图4所示，夹持单元1包括限位组件、支撑组件及两组固定组件。
46.限位组件包括安装底板11和多个第一地钉12，安装底板11上设有多个平行放置的第一槽钢111，第一槽钢111的底部一般焊接安装底板11上。本实施例中安装底板11为角钢，其结合第一槽钢111增加了限位组件的使用面积，增加了夹持单元1的底部质量，降低了测试工装整体结构的重心，防止试验件2在爆炸冲击波作用下产生倾覆，从而提高了测试结果的可靠性。
47.此外，由于物体在爆炸冲击波超压作用下会产生结构损伤，在动压作用下会产生远离爆炸中心的运动趋势，为了研究试验件2在爆炸冲击波作用下的毁伤效应，需保证试验件2在试验前后与爆炸物3中心的距离保持一致，因此需对夹持单元1采取固定措施，限制其产生位移。本实施例在每个第一槽钢111内设有多个穿透安装底板11的第一通孔，将丁字形结构的第一地钉12穿过第一通孔埋入试验场地地面，使得安装底板11固定于试验场地中的地面上，依靠摩擦力和阻力限制工装底部移动，以此提高了试验件2支撑的稳定性。
48.支撑组件包括平行设置的两个第一竖向支撑板13、两个斜向支撑板14、两个后侧支撑板15和多个正向支撑板16。
49.第一竖向支撑板13的下端固定于安装底板11上，试验件2位于两个第一竖向支撑板13的前侧，此处的前侧即第一竖向支撑板13靠近爆炸物3的一侧。两个斜向支撑板14分别位于对应的第一竖向支撑板13的后侧，斜向支撑板14的上端与第一竖向支撑板13的上部连接，下端固定于安装底板11上。第一竖向支撑板13和斜向支撑板14为试验件2提供了侧向支撑，同时也为信息采集单元提供了安装空间和平台。信息采集单元一般包括位移传感器、压力传感器等，可根据实际测试需求安排至相应位置。
50.两个后侧支撑板15平行设置于两个第一竖向支撑板13的外侧，且分别位于两个斜向支撑板14的外侧，并与对应的斜向支撑板焊接。后侧支撑板15的下端固定于安装底板11上，后侧支撑板15的厚度一般小于第一竖向支撑板13的厚度。多个正向支撑板16分别由上至下或由下至上排列于两个第一竖向支撑板13之间，且在正向支撑板16的不同位置处分别开设有信息采集单元的接口，用于传感器通过以及信息采集单元连接线的穿出。
51.冲击波以爆炸物3的爆心为中心向各方向传播时会受到周围介质的干扰而发生折射、绕射或者反射等现象，放置于试验件2背爆面的信息采集单元在冲击波作用下可能发生噪声干扰甚至是损坏，影响结构响应参数的采集。为了保护信息采集单元及其传输电缆，将两个后侧支撑板15和正向支撑板16分别焊接在第一竖向支撑板13上，并在信息采集单元安装位置处留有接口，用于信息采集单元连接线的穿出，以及部分传感器的通过，以此提高传
感器的测量精度。
52.两组固定组件分别为上固定组件17和下固定组件18，上固定组件17和下固定组件18分别位于第一竖向支撑板13的上下两端，用于将试验件2与第一竖向支撑板13紧固。
53.本实施例中，上固定组件17和下固定组件18分别包括四块固定板171，四块固定板171之间相互焊接并围成中空的方形框体；上固定组件17对应的方形框体与第一竖向支撑板13的上端固连，下固定组件18对应的方形框体固定于安装底板11上，且与第一竖向支撑板13的下端固连；上固定组件17对应的方形框体和下固定组件18对应方形框体的中心轴线同轴。每块固定板171上均设有多个通孔，待上固定组件17和下固定组件18安装好之后，将试验件2通过吊装等方式放置于上固定组件17和下固定组件18之间，并用固定螺栓172穿过固定板171上的通孔将试验件2紧固，以此模拟两端固支约束的边界条件。
54.结合图1和图3所示，压力测试单元5包括竖向支撑体、安装底座51、多个压力传感器、两个侧向支撑板54和两个腹向支撑板55。
55.竖向支撑体包括三块第二竖向支撑板52，三块第二竖向支撑板52的长边相互焊接且采用满焊的方式围成u形框体，u形框体的下端固定于安装底座51上，以此提高整体的稳定性。安装底座51上设有多个平行放置的第二槽钢511，第二槽钢511的底部一般焊接在安装底座51上，安装底座51和第二槽钢511分别与安装底板11和第一槽钢111的结构及作用原理类似，增加了压力测试单元5的底部质量，降低了测试工装整体结构的重心，防止压力测试单元5在爆炸冲击波作用下产生倾覆，从而提高了测试结果的可靠性。第一槽钢111的宽度一般大于第二槽钢511的宽度。
56.每个第二槽钢511内设有多个穿透安装底座51的第二通孔，丁字形结构的第二地钉53穿过第二通孔将安装底座51固定于地面上。靠近爆炸物3一侧的第二竖向支撑板52上不同位置处分别设有多个安装接口，安装接口的具体位置根据实际测试需求进行确定，多个压力传感器分别安装于u形框体内部，且与安装接口一一对应，以此获取不同位置处的爆炸冲击波压力载荷信息。
57.两个侧向支撑板54的一端分别与两侧的第二竖向支撑板52连接，另一端分别固定于安装底座51上。两个腹向支撑板55分别位于两侧的第二竖向支撑板52的下端外侧，且固定于安装底座51上。侧向支撑板54和腹向支撑板55的设置为第二竖向支撑板52提供了强有力的侧向支撑，提高了整体刚度，防止第二竖向支撑板52在试验中由于冲击波的作用发生倾覆或解体。第二竖向支撑板52既可为压力传感器提供安装位置，也可为压力传感器和传输电缆提供保护，防止其在爆炸冲击波作用下发生破坏。
58.本实施例中，每个钢架4靠近夹持单元1的一端分别与方形框体固连，靠近压力测试单元5的一端分别与第二竖向支撑板52的端部固连，以此使得试验件2和压力测试单元5与爆炸物3的相对位置在试验前后保持一致。
59.本实用新型的测试工装克服了建筑构件爆炸试验无法同时设置多组效应物且冲击波加载过程中容易受到周围介质干扰等问题，有效提升了爆炸冲击波作用下建筑构件毁伤试验数据的获取效率；通过后侧支撑板15、正向支撑板16等结构的设计避免了传感器和传输电缆受到破坏，从而减小了试验工装的横向面积，避免爆炸冲击波在传播过程中受到干扰等；同时，避免效应物在冲击波作用下产生整体位移或倾覆，使得试验前后建筑构件与炸药保持固定的相对距离，方便通过经验公式等方法得到建筑构件准确的冲击波压力加载
曲线，为试验测量结果校对及后期数值计算等进一步研究奠定基础。

技术特征：
1.一种用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：包括两个夹持单元(1)、两个信息采集单元和一个压力测试单元(5)；所述夹持单元(1)与压力测试单元(5)均固定于地面上且呈三角形分布；所述夹持单元(1)用于固定毁伤测试的试验件(2)，压力测试单元(5)用于获取毁伤测试时爆炸冲击波的压力载荷信息；两个夹持单元(1)与压力测试单元(5)的上端之间通过钢架(4)两两相连，下端之间通过钢架(4)两两相连，所述压力测试单元(5)、两个夹持单元以及各个钢架(4)共同围成中空的三棱柱结构，三棱柱结构的中心处用于放置毁伤测试的爆炸物(3)；所述两个信息采集单元分别设置在对应的试验件(2)远离爆炸物(3)的一侧，用于采集试验件(2)结构响应的参数信息。2.根据权利要求1所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述夹持单元(1)包括限位组件、支撑组件及两组固定组件；所述限位组件包括安装底板(11)和多个第一地钉(12)，第一地钉(12)穿过安装底板(11)将安装底板(11)固定于地面上；所述支撑组件包括平行设置的两个第一竖向支撑板(13)，第一竖向支撑板(13)的下端固定于安装底板(11)上，试验件(2)位于两个第一竖向支撑板(13)靠近爆炸物(3)的一侧；所述两组固定组件分别位于第一竖向支撑板(13)的上下两端，用于将试验件(2)与第一竖向支撑板(13)紧固。3.根据权利要求2所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述支撑组件还包括两个斜向支撑板(14)，其位于第一竖向支撑板(13)远离爆炸物(3)的一侧；斜向支撑板(14)的上端与第一竖向支撑板(13)的上部连接，下端固定于安装底板(11)上。4.根据权利要求3所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述支撑组件还包括两个后侧支撑板(15)和多个正向支撑板(16)；所述两个后侧支撑板(15)平行设置于两个第一竖向支撑板(13)的外侧，且分别位于两个斜向支撑板(14)的外侧，并与对应的斜向支撑板(14)连接；后侧支撑板(15)的下端固定于安装底板(11)上；所述多个正向支撑板(16)分别由上至下或由下至上排列于两个第一竖向支撑板(13)之间，且在正向支撑板(16)的不同位置处分别开设有信息采集单元的接口，用于信息采集单元连接线的穿出。5.根据权利要求4所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述两组固定组件分别为上固定组件(17)和下固定组件(18)，所述上固定组件(17)和下固定组件(18)分别包括四块固定板(171)，四块固定板(171)之间相互连接并围成中空的方形框体；所述上固定组件(17)对应的方形框体与第一竖向支撑板(13)的上端固连；所述下固定组件(18)对应的方形框体固定于安装底板(11)上，且与第一竖向支撑板(13)的下端固连；所述上固定组件(17)对应的方形框体和下固定组件(18)对应方形框体的中心轴线同轴，用于放置试验件(2)，使得试验件(2)与第一竖向支撑板(13)紧固连接。6.根据权利要求5所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述压力测试单元(5)包括竖向支撑体、安装底座(51)及多个压力传感器；所述竖向支撑体包括三块第二竖向支撑板(52)，三块第二竖向支撑板(52)的长边相互
连接并围成u形框体，u形框体的下端固定于安装底座(51)上，安装底座(51)通过多个第二地钉(53)固定于地面上；靠近爆炸物(3)一侧的第二竖向支撑板(52)上不同位置处分别设有多个安装接口，多个压力传感器分别安装于u形框体内部，且与安装接口一一对应，用于获取不同位置处的爆炸冲击波压力载荷信息。7.根据权利要求6所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述压力测试单元(5)还包括两个侧向支撑板(54)和两个腹向支撑板(55)；所述两个侧向支撑板(54)的一端分别与两侧的第二竖向支撑板(52)连接，另一端分别固定于安装底座(51)上；所述两个腹向支撑板(55)分别位于两侧的第二竖向支撑板(52)的下端外侧，且固定于安装底座(51)上。8.根据权利要求7所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：每个钢架(4)靠近夹持单元(1)的一端分别与方形框体固连，靠近压力测试单元(5)的一端分别与第二竖向支撑板(52)的端部固连。9.根据权利要求8所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述安装底板(11)上设有多个平行放置的第一槽钢(111)，每个第一槽钢(111)内设有多个穿透安装底板(11)的第一通孔，所述第一地钉(12)为丁字形结构，第一地钉(12)穿过第一通孔将安装底板(11)固定于地面上；所述安装底座(51)上设有多个平行放置的第二槽钢(511)，每个第二槽钢(511)内设有多个穿透安装底座(51)的第二通孔，所述第二地钉(53)为丁字形结构，第二地钉(53)穿过第二通孔将安装底座(51)固定于地面上。10.根据权利要求9所述的用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，其特征在于：所述第一槽钢(111)的宽度大于第二槽钢(511)的宽度。

技术总结
本实用新型提供了一种用于爆炸环境下建筑构件毁伤试验的测试工装，主要解决现有的测试工装测试效率较低及测试结果获取率较低等技术问题，该测试工装包括两个夹持单元、两个信息采集单元和一个压力测试单元；夹持单元与压力测试单元均固定于地面上；夹持单元与压力测试单元的两端之间，以及两个夹持单元的两端之间分别通过钢架连接，同时，压力测试单元、两个夹持单元以及各个钢架之间共同围成中空的三棱柱结构，毁伤测试的爆炸物位于三棱柱结构的中心处，以此提高了测试工装的稳定性，进而提高测试结果的获取率。提高测试结果的获取率。提高测试结果的获取率。


技术研发人员：殷文骏 程帅 廖真 马龙 李琦 童念雪 关君翊 刘凯 师莹菊 李秦超 秦学军 胡华权 梁志刚 刘文祥 马艳军 张德志
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/9/3