(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210996239.3 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 高丹盈　马博　汤寄予　魏东　 庞育阳　房栋　杨林　谷志强　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 专利代理师 陈勇 (51)Int.Cl. G01N 3/303(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 一种摆锤式混凝土冲击试验装置及试验方 法 (57)摘要 本发明涉及一种摆锤式混凝土冲击试验装 置， 包括框架 机构、 摆锤机构以及数据采集系统， 框架机构包括连接组合呈三角形框架的底板、 顶 板和斜撑板； 摆锤机构包括摆锤和试件夹持单 元； 数据采集系统包括荷载传感器、 激光位移 计、 角度刻度盘、 高帧率摄像机及电子数据采集系 统。 本发明还 涉及一种摆锤式混凝土冲击试验 方 法， 在支座上放置试件， 将摆锤从一定高度放下 冲击试件， 荷载传感器采集荷载信号、 激光位移 计采集跨中位移信号， 高帧率摄像机记录摆锤的 角度变化， 各项数据进行信号的收集与分析处 理。 本发明不仅可 以做到一定程度的折叠收纳， 而且采集的数据信息更加全面， 摆锤和支座形式 可以更换， 使后续开展更多规格试件的冲击提供 了便捷。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115326604 A 2022.11.11 CN 115326604 A 1.一种摆锤式混凝土冲击试验装置， 包括框架机构、 摆锤机构和数据采集系统， 其特征 在于， 所述框架机构包括前连接板 （1） 、 布设在前连接板 （1） 两侧的底板 （2） 、 转接在底板 （2） 一端的顶板 （3） 和转接在顶板 （3） 内侧的斜撑板 （4） ， 所述斜撑板 （4） 下端与底板 （2） 可拆卸 连接， 底板 （2） 、 顶板 （3） 和斜撑 板 （4） 连接组合呈三角形框架； 两个所述顶板 （3） 上 方之间分别设置有上 下排布的挡杆 （7） 和转轴 （8） ； 所述摆锤机构包括摆锤 （9） 和试件夹持单元， 所述摆锤 （9） 转接在转轴 （8） 中部， 所述试 件夹持单元包括布设在两个底板 （2） 之间的后连接板 （12） 、 布设在后连接板 （12） 两侧的支 座 （13） 和内嵌在支座 （13） 上的载荷传递元件 （14） ， 两个支座 （13） 之间夹持有混凝土试件 （15） ； 所述数据采集系统包括设置在支座 （13） 上的荷载传感器 （17） 、 设置在混凝土试件 （15） 上方的激光位移计 （18） 、 设置在摆锤 （9） 转接位置的角度刻度盘 （19） 、 朝向角度刻度盘 （19） 的高帧率摄像机 （20） 和电子数据采集系统 （21） ， 所述荷载传感器 （17） 和混凝土试件 （15） 之 间通过所述载荷传递元件 （14） 连接， 荷载传感器 （17） 、 激光位移计 （18） 和高帧率摄像机 （20） 均连接所述电子数据采集系统 （21） 。 2.根据权利要求1所述的一种摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 所述底板 （2） 为长直板， 两个底板 （2） 间隔排布， 两个底板 （2） 前端之间可拆卸连接所述前连接板 （1） ， 两 个底板 （2） 后端之间可拆卸连接所述后连接 板 （12） 。 3.根据权利要求2所述的一种 摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 所述前连接板 （1） 两侧插入底板 （2） 内、 且和底板 （2） 螺栓连接， 前连接板 （1） 包括交叉排布呈 “X”形的上板 和下板， 所述上板和下板上 下排布， 上板和下板之间铰接； 所述后连接板 （12） 两侧插入底板 （2） 内、 且和底板 （2） 螺栓连接， 后连接板 （12） 为矩形 板。 4.根据权利要求1所述的一种摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 所述顶板 （3） 转接在底板 （2） 后端， 顶板 （3） 朝上倾斜排布， 所述底板 （2） 后端设置有限位器 （5） 以限制顶 板 （3） 转动角度； 所述限位器 （5） 包括截面呈 “凵”字形的限位架 （51） 、 长条状的限位块 （52） 以及调整螺 栓 （53） ， 所述限位块 （52） 滑接在限位架 （51） 内， 限位架 （51） 和限位块 （52） 之间布设所述调 整螺栓 （53） ， 调整螺栓 （53） 与限位架 （51） 螺纹连接， 调整螺栓 （53） 头部抵在限位块 （52） 上， 限位块 （52） 与顶板 （3） 转接 部位相适配。 5.根据权利要求1所述的一种摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 所述顶板 （3） 内侧面和底板 （2） 上平面相对， 顶板 （3） 内侧面开设有两个长短不一的容纳槽 （6） 以容纳斜 撑板 （4） ， 所述斜撑板 （4） 数量为两个， 两个斜撑板 （4） 长短不一， 斜撑板 （4） 宽度小于底板 （2） 和顶板 （3） 宽度； 所述斜撑板 （4） 朝下倾斜排布， 斜撑板 （4） 上端转接在容纳槽 （6） 内， 斜撑板 （4） 下端插 入底板 （2） 内、 且和底板 （2） 螺 栓连接。 6.根据权利要求1所述的一种摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 所述摆锤 （9） 与混凝土试件 （15） 对应， 摆锤 （9） 上端与转轴 （8） 转接， 摆锤 （9） 下端自由摆动， 摆锤 （9） 包括 上下可拆卸连接的摆杆 （91） 和锤头 （92） ， 摆杆 （91） 上端为环状套设在转轴 （8） 中部， 摆杆 （91） 上端布设所述角度刻度盘 （19） ， 角度刻度盘 （19） 与转轴 （8） 同轴， 转轴 （8） 上还设置有权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326604 A 2指针以配合角度刻度盘 （19） 。 7.根据权利要求1所述的一种摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 所述支座 （13） 与后连接板 （12） 螺栓连接， 每个支座 （13） 前侧开设有截面呈 “]”形的夹持槽 （16） ， 两个夹持 槽 （16） 配合夹持所述混凝 土试件 （15） ， 每 个支座 （13） 后侧设置所述荷载传感器 （17） ； 所述后连接板 （12） 上还设置有防护壳 （24） ， 所述防护壳 （24） 罩设在两个支座 （13） 之 间， 防护壳 （24） 为中空的六面体结构， 防护壳 （24） 前侧和上侧敞口以让位摆锤 （9） 和激光位 移计 （18） 。 8.根据权利要求1所述的一种 摆锤式混凝土冲击试验装置， 其特征在于， 一个所述顶板 （3） 上设置有支杆 （22） ， 所述支杆 （22） 一端延伸至混凝土试件 （15） 上方， 支杆 （22） 一端布设 所述激光位移计 （18） ， 激光位移计 （18） 与混凝土试件 （15） 上下存在间隔， 所述底板 （2） 一侧 设置有三角支 架 （23） ， 所述 三角支架 （23） 上布设所述高帧率摄 像机 （20） 。 9.一种摆锤式混凝土冲击试验方法， 其特征在于， 基于权利要求1至8任一项所述的一 种摆锤式混凝 土冲击试验 装置， 包括以下步骤： 步骤1、 设备的组装： 首先将框架机构和摆锤机构进行连接安装， 同时安装数据采集系 统， 再将荷载传感器 （17） 、 激光位移计 （18） 和高帧率摄像机 （20） 接入电子数据采集系统 （21） ； 步骤2、 开展试验： 混凝土试件 （15） 按照设计规格要求制作完成后， 将其放置在支座 （13） 之间、 由夹持槽 （16） 进行固定， 手动向上旋转摆锤 （9） 到挡杆 （7） 位置进行释放， 摆锤 （9） 自由下落并冲击混凝 土试件 （15） ； 步骤3、 数据采集分析： 摆锤 （9） 自由下落冲击混凝土试件 （15） 时， 荷载传感器 （17） 、 激 光位移计 （18） 、 高帧率摄像机 （20） 会对冲击过程中产生的各种数据进 行采集并统一输入到 电子数据采集系统 （21） 里进行记录保存和分析处 理。 10.根据权利要求9所述的一种摆锤式混凝土冲击试验方法， 其特征在于， 步骤3中， 荷 载传感器 （17） 采集到混凝土所受的荷载时程信号， 激光位移计 （18） 采集混凝土试件 （15） 被 冲击之后的跨中竖向位移信号， 高帧率摄像机 （20） 用于记录摆锤 （9） 在冲击混凝土试件 （15） 过程中角度刻度盘 （19） 上角度的变化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326604 A 3