技術特征：

1.一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗裝置，包括氣室(1)、子彈(2)、支座(3)、入射桿(4)、透射桿(9)，入射桿(4)、透射桿(9)放置于支座(3)上，通過調(diào)整支座(3)和氣室(1)，使子彈(2)、入射桿(4)和透射桿(9)中心對準；其特征在于：所述入射桿(4)沿桿長方向在桿段尾段處黏貼有第一應變片(5)，所述透射桿(9)沿桿長方向在桿段中心處黏貼有第二應變片(11)；在巴西圓盤試件(8)中心處相對黏貼兩塊第三應變片(7)，第三應變片(7)方向垂直于受力方向，所述第二應變片(11)、第一應變片(5)與試件(8)之間的距離相等；在試件(8)與入射桿(4)、透射桿(9)接觸位置對稱放置有配合使用的剛性墊片(6)與剛性墊桿(10)，所述入射桿(4)和透射桿(9)的間距恰好使墊片(6)、墊桿(10)、試件(8)被夾持在入射桿(4)和透射桿(9)中心處；所述第一應變片(5)、第二應變片(11)、第三應變片(7)與應變儀橋路連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗裝置，其特征在于：所述入射桿(4)端頭加設有整形片(12)。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗裝置，其特征在于：所述整形片(12)采用直徑20mm、厚度2mm的紫銅片。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗裝置，其特征在于：所述剛性墊片(6)上設有容納剛性墊桿(10)的缺口，缺口為弧面缺口；所述剛性墊桿(10)與試件(8)直接接觸。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗裝置，其特征在于：所述子彈(2)、入射桿(4)和透射桿(9)、墊片(6)和墊桿(10)均采用48CrMoA圓鋼材質(zhì)，其楊氏模量210GPa，密度7850kg/m³，波速5172m/s。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗裝置，其特征在于：所述入射桿(4)長3200mm，直徑74mm，與子彈(2)接觸的一端直徑漸變?yōu)?7mm；所述透射桿(9)為長1800mm，直徑74mm的細長圓柱體；所述子彈(2)直徑為37mm，長度為600mm；所述墊片(6)厚度為8mm，截面為直徑74mm的圓形；墊桿(10)直徑為10mm，長度為74mm。

7.一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗方法，其特征在于包括如下步驟：

S1、放置并調(diào)整設備：將入射桿(4)、透射桿(9)放置于支座(3)上，調(diào)整支座(3)和氣室(1)，保證子彈(2)、入射桿(4)和透射桿(9)的中心對準；

S2、黏貼應變片：將第一應變片(5)黏貼在入射桿(4)桿段尾段處，第一應變片(5)長邊沿桿長方向；第二應變片(11)黏貼于透射桿(9)桿段中心處，第二應變片(11)長邊平行于桿長方向并與第一應變片(5)保持在同一水平位置，所述第二應變片(11)與第一應變片(5)距離試件(8)的粘貼距離相等；第三應變片(7)共兩塊相對黏貼在試件(8)中心處，第三應變片(7)長邊垂直于受力方向；第一應變片(5)、第二應變片(11)、第三應變片(7)尺寸相同；

S3、放置試件：將入射桿(4)、墊片(6)、墊桿(10)、試件(8)、墊桿(10)、墊片(6)、透射桿(9)依次按序排列放置，調(diào)整入射桿(4)和透射桿(9)間距，使墊片(6)、墊桿(10)、試件(8)剛好被夾持在入射桿(4)和透射桿(9)中心處；

S4、連接應變儀：將第一應變片(5)、第二應變片(11)、第三應變片(7)與應變儀橋路連接；

S5、取圓柱形圓盤試件進行實驗，給氣室(1)加壓，對子彈(2)加以一定的沖擊力，使其具有一定的撞擊速度來撞擊入射桿(4)，產(chǎn)生應力波，應力波經(jīng)由桿件(4)、墊片(6)、墊桿(10)，傳遞到試件(8)上使其發(fā)生劈裂；

S6、采集應變片所記錄的數(shù)據(jù)，代入公式進行計算即可得到高應變率下的混凝土拉伸模量。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種高應變率下混凝土拉伸模量的試驗方法，其特征在于步驟S6中公式的計算方法為：

S61、當子彈(2)撞擊入射桿(4)時，桿件內(nèi)部產(chǎn)生縱向的入射壓縮波，由于不同的阻抗，入射波在入射桿(4)和試件(8)接觸的界面處被部分反射回入射桿(4)，基于三波法可得到：

P₁＝E(ε_i+ε_r)

P₂＝Eε_tr

其中，P₁為入射桿撞擊線荷載、P₂為透射桿支持線荷載，單位為N/m；E為入射桿楊氏模量，E＝210GPa；ε_i為入射桿應變片所記錄的入射波最大應變；ε_r為入射桿應變片所記錄的反射波最大應變，ε_tr為透射桿所記錄的透射波最大應變；

S62、去除劈拉端頭對試件撞擊力計算的影響，求得試件實際所受撞擊力P：

$P=P_1+\frac{P_1-P_2}{2}$

S63、對試件應力計算方法如下，取試件高度方向上任一橫截面，截面任意位置處單元體應力狀態(tài)如下：

${\mathrm{\σ}}_r=-\frac{2P}{\mathrm{\π}}\{\mathrm{\α}+\underset{n=1}{\overset{n=\mathrm{\∞}}{\Σ}}\[1-(1-\frac{1}{n}){\left(\frac{r}{R}\right)}^2\]{\left(\frac{r}{R}\right)}^{2n-2}sin2n\mathrm{\α}cos2n\mathrm{\θ}\}$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=-\frac{2P}{\mathrm{\π}}\{\mathrm{\α}-\underset{n=1}{\overset{n=\mathrm{\∞}}{\Σ}}\[1-(1+\frac{1}{n}){\left(\frac{r}{R}\right)}^2\]{\left(\frac{r}{R}\right)}^{2n-2}sin2n\mathrm{\α}cos2n\mathrm{\θ}\}$

${\mathrm{\τ}}_{r\mathrm{\θ}}=-\frac{2P}{\mathrm{\π}}\{\underset{n=1}{\overset{n=\mathrm{\∞}}{\Σ}}\[1-{\left(\frac{r}{R}\right)}^2\]{\left(\frac{r}{R}\right)}^{2n-2}sin2n\mathrm{\α}cos2n\mathrm{\θ}\}$

其中，σ_r是單元體法向拉應力，σ_θ是單元體切向拉應力，τ_rθ是單元體切應力，R是試件截面半徑，r,θ是極坐標系下的單元體坐標，α為應力作用范圍所對應的圓心角的一半，參考ISRM國際巖石力學學會試驗規(guī)范，取2α＝10°；經(jīng)過參數(shù)轉(zhuǎn)換，x,y為直角坐標系下的單元體坐標，坐標原點為應變片中心點，應變片中心線處，取y＝0時，即沿x軸方向上任意一點應力狀態(tài)如下：

${\mathrm{\σ}}_x=\frac{2P}{\mathrm{\π}Dl}\[\frac{16D^2{x}^2}{{(4x^2+D^2)}^2}-1\]$

${\mathrm{\σ}}_y=\frac{2P}{\mathrm{\π}Dl}\[\frac{4D^2{x}^2}{{(4x^2+D^2)}^2}-1\]$

τ_xy＝0

其中，σ_x是單元體x軸方向拉應力，σ_y是單元體y軸方向拉應力，τ_xy是單元體切應力，l為試件厚度，D為試件截面直徑；

S64、試件中心應變片測量值等于如下理論公式的計算值，因y軸方向上的壓應力是x軸方向上拉應力的兩倍，故因為泊松效應引起的拉伸模量不可忽視；沿直徑水平方向上，應變片范圍內(nèi)，第三應變片測量的試件劈裂拉伸應變量ε_t按如下理論公式計算：

${\mathrm{\ϵ}}_t=\frac{1}{2L}{\∫}_{-L}^L\frac{1}{E_t}(-{\mathrm{\σ}}_x+{\mathrm{\ν\σ}}_y)dx=\frac{1}{E_{t}L}{\∫}_0^L(-{\mathrm{\σ}}_x+{\mathrm{\ν\σ}}_y)dx$

其中，L取應變片長度的一半，E_t為所求混凝土拉伸模量，v為試件泊松比；化簡最終得出混凝土拉伸模量：

$E_t=E_s\{(1-\frac{D}{L}\arctan \frac{2L}{D})(1-\mathrm{\ν})+\frac{2D^2(1+\mathrm{\ν})}{4L^2{D}^2}\}=A^{*}{E}_s$

劈裂拉伸模量E_s＝2P/πDlε_t由所測應力應變曲線決定，其中應力σ_t＝2P/πDl，取應力應變曲線線性段斜率；或者，取E_s＝[(1/2)σ_t,max]/ε_t，其中σ_t,max/2取應力應變曲線中最大應力的一半，ε_t則是達到最大應力一半時所對應拉伸應變量。