钢筋混凝土板裂缝对声发射波传播特征影响

目前利用声发射技术对混凝土结构进行裂缝定位或损伤检测时,并没有考虑已存在裂缝对声发射波传播特征的影响,这往往会使检测结果产生较大的偏差.为了探究裂缝参数对声发射波传播特征的影响,对3个不同保护层厚度的钢筋混凝土板试件进行了四点静力加载破坏试验和声发射测试,研究了裂缝深度、宽度、数量对钢筋混凝土板声发射波速和振幅衰减等传播特征的影响规律.试验和分析结果表明:裂缝深度对声发射传播特征的影响显著,声发射振幅衰减随裂缝深度增大而增大,声发射波速随裂缝深度增大而减小;声发射波速和振幅衰减几乎不随裂缝数量、宽度两参数变化而变化.在此基础上,提出考虑裂缝影响的修正波速时差定位法,进一步探讨了与采用传统时差定位法相比对钢筋混凝土损伤定位的影响,结果显示,基于修正波速的时差定位法对钢筋混凝土板进行损伤定位精度更高.     

单轴压缩条件下花岗岩声发射事件空间分布的分维特征研究

基于声发射事件空间分布的柱覆盖分形模型,利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-2声发射（AE）三维定位实时监测系统,对瀑布沟水电站地下厂房花岗岩单轴压缩损伤破坏过程中声发射事件空间分布的分形特征进行了研究。结果表明,声发射事件随应力增加逐渐活跃,加载初期声发射数量较少,应力接近峰值强度时,声发射事件累计数曲线呈指数上升。声发射事件的空间分布随应力增加是一个降维过程,其空间分维D在3~2内变化,峰值强度时,其值最小。弹性阶段后期,岩石内部微破裂开始向破坏面集聚,声发射空间分维D下降幅度明显增大。声发射空间分维恰当地表征了声发射事件空间分布的复杂程度。研究结论揭示了岩石声发射事件空间分布的分形特征,室内试验结果与文献对岩爆研究结果相吻合,可为现场监测应用提供理论指导。     

钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度

为了完善钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度设计的内容,在充分考虑混凝土开裂前后组合梁的受力状态和钢梁与混凝土接触面的相对滑移对裂缝宽度影响的基础上,根据钢梁和混凝土截面应力和应变的本构关系,推导出钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度的理论计算公式,并进行了钢-混凝土组合梁裂缝宽度的试验研究.试验结果表明,在结构裂缝宽度容许范围内该理论公式计算结果与试验结果吻合良好.     

混凝土损伤演化声发射和超声波时-频-空联合响应

为了实现对混凝土结构受载损伤评估、全面认识其失稳前兆响应行为及演化机制,本文设计了混凝土材料分级加载条件下声发射和超声波主被动同步监测方案,结合试样内部裂隙发育过程分析了受载混凝土声发射和超声波时域-频域-空间多角度多参量联合时变响应特征,基于超声波速场分布特征推演了试样损伤场的时空响应规律,借助声发射微裂纹发育定位解释了试样损伤场的动态迁移路径及演化机制.结果表明:混凝土损伤发育经历了本身非均匀向均匀的同步性变化,再向非均匀的差异性变化过程,该损伤发育特征与声发射和超声波的时域-频域参量动态时变响应规律一致;而试样失稳主破裂空间位置与波速场狭长条带状低波速区及声发射高能量定位事件聚集区均相吻合;分级加载过程中应力及时间对试样损伤具有双重累积效应,表现出低值稳定—快速增加—平静—急速增加4阶段时变特征。声发射参量a_P和a_E能定量表征该效应,试样临破坏时a_P和a_E从0.6左右急速增大2.0,故可以把该参量视为混凝土失稳的前兆特征信号.     

花岗岩卸荷破坏全过程声发射特征试验

利用MTS815混凝土与岩石力学试验系统和PCI-2三维定位实时监测系统对花岗岩卸荷破坏进行了声发射试验,得到了其卸荷破坏全过程变形特性和声发射特征,探讨了应力与应变、声发射数与应力、声发射率与应力、声发射数与时间以及声发射率与时间之间的关系.研究表明,岩石在卸荷方式下的破坏大多表现为脆性破坏,而且围压越大,脆性破坏特征越明显;对于1-1试件,破坏前在应力大于310MPa左右或在时间大于300s左右的范围内声发射数、声发射率开始出现激增现象,表明进入该阶段岩石内部破裂开始加速发育、扩展,最终导致岩石的破坏.研究成果对具有同类岩体的工程具有重要的参考价值.     

外包钢－混凝土组合梁受扭性能

为了研究外包钢-混凝土组合梁的扭转性能,对8根外包铜-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭实验。研究了组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态,工作机理以及裂缝发展分布的情况,比较分析了组合梁扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝之间的相互关系。通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式,理论公式计算结果与试验结果吻合良好。     

混凝土单轴压缩过程中损伤演化与声发射分析

为了研究混凝土单轴压缩状态下的损伤演化过程,利用声发射设备采集试样破坏过程的声发射数据,基于声发射信号建立声发射能量表述的损伤本构方程,对损伤程度进行量化表述,提出了损伤因子在启裂强度和损伤强度的取值区间.基于连续介质损伤力学,对微裂纹的发育过程和声发射能量数综合分析.结果表明,理论应力-应变曲线与试验曲线吻合较好,混凝土单轴压缩过程各阶段吻合度较高,混凝土单轴压缩损伤本构模型具有一定的合理性.     

声发射特征在灰岩损伤识别及定量评估中的应用

岩石的损伤演化研究直接关系到我国重大地下工程的安全控制问题,特征应力作为岩石变形破坏过程中的阈值应力,其能否被准确识别将直接影响损伤评价效果。本文利用RMTTS应力测试系统和MISTRAS声发射试验系统,针对灰岩裂缝应力的识别及损伤定量评价问题开展相关研究。通过灰岩单轴压缩下的声发射试验,分析了与应力-应变曲线各阶段对应的声发射信号特征,当裂缝扩展由稳定阶段发展为不稳定阶段时,声发射信号在频率和能级上都有较大幅度提高。基于灰岩单轴循环加载过程中Felicity效应比值FR的变化规律,提出了一种不依赖应变测量的裂缝损伤应力识别方法,对3组灰岩岩芯的识别结果为0.7-0.75σc ,与已有的应力-应变曲线法识别结果0.73σc 对比,验证了该方法的可靠性,Felicity效应识别法保证了求解结果的客观性,其识别范围可由循环加载间的应力增量大小决定。利用基于声发射能量值表征的损伤变量,对灰岩的损伤演化过程进行了定量评价,结果表明：在损伤稳定演化区间内,28.3％的应力范围,损伤累积了17.4％;而在裂缝损伤应力之后的损伤加剧演化区间内,26.1％的应力范围内,损伤累积了80％。本文的研究成果可为深入认识工程领域中岩石的损伤演化机制提供技术支持。     

部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩下受力性能

为研究部分充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的力学性能,完成了两根简支组合梁的反向静力加载试验。测试了各级荷载作用下试件各截面的应变分布、变形、混凝土面板的裂缝分布以及极限承载力等。试验结果表明:混凝土翼板配筋率对钢箱组合梁的受力性能有很大影响,配筋率增加1%,钢箱组合梁的极限承载力提高38.8%。通过对组合梁挠度理论计算值和实验值的比较,分析了相对滑移对挠度的影响。通过对组合梁抗弯承载力的分析,确定采用0.2 mm宽的裂缝对应的承载力作为部分充填式钢箱混凝土组合梁正常使用状态下的承载力是安全的。     

泡沫混凝土单轴压缩下声发射特征试验研究

为了探究泡沫混凝土的单轴压缩下的内部损伤演变规律,对2种不同密度的泡沫混凝土试样进行了单轴受压试验,并利用声发射技术对试验全过程进行了动态监测,获得了表征泡沫混凝土损伤演化过程的典型声发射事件累计数-时间曲线、声发射事件率-时间曲线、能率-时间曲线以及事件定位演化图.结果显示:不同密度泡沫混凝土均经历压密阶段、弹性阶段、塑性阶段以及峰后破坏阶段.塑性阶段之前声发射事件累计、事件率和能率值都相对很低,而在峰后破坏阶段事件累计、事件率以及能率都急剧增加,且声发射事件率和能率峰值相比应力峰值在时间上具有滞后性.峰值过后2种泡沫混凝土都具有一定的残余强度,继续加载时不断产生新的裂纹,表现为较多的小能率事件发生.破坏模式分析表明裂纹主要是从泡沫混凝土两端产生、发展并最终贯通整个试样,属于典型的脆性斜剪破坏.     

Experimental Study on AE Characteristics of Granite under Uniaxial Tension at Different Strain Rates

To investigate the acoustic emission (AE) characteristics of quasi-brittle materials like rock and concrete,and to further analyze their damage and failure mechanism under seismic and other dynamic loads,the uniaxial tension test of granite cylinder specimens within the strain rate range of 10~(-7)-10~(-4) s~(-1) was monitored by AE technology,and the typical AE characteristic parameters were analyzed using statistical and correlation analysis.The experimental results show that,with the increase of strain rate,the peak of AE hit rate appears earlier and increases;the proportion of AE hits with higher duration or amplitude increases significantly,the b-value shows a decreasing trend,and the distribution of AE frequency-amplitude is increasingly discrete.In addition,the obvious characteristic of double dominant frequency bands was observed in AE waveforms by using spectrum analysis,with the increase of strain rate,the percentage of A-type waveforms corresponding to low dominant frequency band increases,while that of D-type waveforms corresponding to high ones decreases accordingly,which is significance for the further study of the damage and failure mechanism of quasi-brittle materials.     

复合材料层板冲击后剩余压缩性能声发射分析

利用声发射技术对复合材料层合板的低速冲击和压缩破坏进行了分析.测试过程中用声发射技术进行实时监测,结合载荷—位移曲线,分析了声发射能量,幅值和波形经过快速傅里叶变换后的峰值频率,并对典型信号的波形进行了频谱分析.结果表明:AE参数能很好的描述复合材料层合板低速冲击及其剩余压缩行为.     

基于声发射技术的高韧性水泥基复合材料开裂损伤特性

研究了同等抗压强度等级的普通混凝土和高韧性水泥基复合材料的抗弯拉力学性能,采用声发射(AE)技术对比检测和分析了二者在三分点弯曲荷载作用下的开裂损伤规律。力学测试结果表明,高韧性水泥基复合材料具有较高的抗弯拉强度和应变硬化能力。AE检测结果表明,随着普通混凝土强度的增大,AE信号幅度增大,但其AE事件总数增长规律和幅值分布规律与强度无明显关系;高韧性水泥基复合材料AE信号的幅值和分布密度均比同等抗压强度等级的普通混凝土小;普通混凝土试件的断裂过程区主要集中在断裂面附近,而高韧性水泥基复合材料基本已覆盖了整个纯弯段,在细密裂缝的扩展过程中高强纤维对裂尖能量进行了有效的吸收和传递。     

Simulation experiment of AE-based localization damage and deformation characteristic on covering rock in mined-out area

The localization damage and deformation characteristics of multiple rock in mined-out area under thick soil layer were investigated by acoustic emission (AE)-based physical similar simulation experiment and damage test combined with the AE theory on rock damage. During different mining courses, the degree of wall rock suffered from mining disturbed process in mined-out area was different, so did the AE density of initial damage and fracture. Some characteristic parameters, including large events, total events, and energy rate, presented fluctuations with temporal and spatial change and take on a certain extent statistic relation. Subse-quently, the percent of damage degree was defined and divided into 4 stages, and the localization damage and deformation character-istics of surrounding rock in mined-out area and coal pillars were analyzed quantitatively.     

单轴压缩荷载下含黏结面花岗岩能量演化研究

为探究能量演化在含黏结面不完整岩石受载过程中的规律,选取带有矿物质黏结斜面的花岗岩进行单轴循环加卸载压缩试验,同时在试验过程中进行声发射检测.得到以下结论:"有效能比"(累积弹性能/输入岩石的总能)可以作为岩石储能水平的表征,也可间接反映岩石内部结构随应力状态的改变;从整个加载过程来看,黏结面部位破坏的声发射释能短促、强烈,峰值强度时声发射持续时间较长,但声发射释能率相比黏结面破坏时较低;应力水平较低时,卸载过程中一般不会有声发射现象或声发射现象基本可以忽略,但当应力水平达到一定值时,即花岗岩积聚的弹性能超过了黏结面部位破坏的耗散能时,花岗岩在卸载时会发生短促、强烈的脆性破坏;由于声发射能量属于耗散能的一部分,定义"声发射检测效率"(声发射累积能量/累积耗散能),对于本次试验对象而言,"声发射检测效率"在压密阶段降低,弹性阶段升高,黏结面局部破坏时达到峰值,之后直至峰值强度该值呈现持续降低趋势;从能量角度分析,卸载破裂所对应的应力水平低于加载强度,但不应低于与峰值强度时耗散能大小相等的弹性能所对应的应力水平.     

Experimental investigation and analysis on flexural performance of functionally graded composite beam crack-controlled by ultrahigh toughness cementitious composites

Based on the concept of functionally graded concrete, UHTCC (ultrahigh toughness cementitious composites) material with excellent crack-controlling ability is strategically substituted for part of the concrete, which surrounds the main longitudinal reinforcement in a reinforced concrete member. Investigations on bending behavior of such a functionally graded composite beam crack-controlled by UHTCC (abbreviated as UHTCC-FGC beam) have been carried out. After establishing a theoretical calculation model, the paper discusses the results of four-point bending experiment on long composite beams without web reinforcement, and validates the theoretical formulae through experimental results of UHTCC-FGC beams with different thicknesses of UHTCC layer. Besides improving bearing capacity and saving steel reinforcements, the results indicate that UHTCC-FGC beams can also effectively control the deformation and enhance the ductility of members. At last, the optimal thickness of UHTCC layer in UHTCC-FGC beams has been confirmed, which can not only save materials and improve mechanical performance of members, but also be very effective in preventing corrosion-induced damage and enhancing the durability of members by controlling crack width below 0.05 mm under service conditions. Supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50438010) and the Research and Application Programs of Key Technologies for Major Constructions in the South-North Water Transfer Project Construction in China (Grant No. JGZXJJ2006-13)     

带ECC底板的装配式梁受弯性能及损伤分析

为改善目前装配式叠合梁常存在后浇区易开裂、构件延性较差、易损伤等缺点,将工程水泥基复合材料(ECC)应用于叠合梁的底板及后浇区,进行了11个梁试件的纯受弯试验.研究该种试件受弯性能及ECC板厚度、钢筋连接方式、配筋率等因素对其受弯性能的影响;分析其特征点的承载力与位移,测量试件的裂缝宽度及其发展趋势并分析损伤演化规律.结果表明:带有ECC底板和后浇拼缝的装配式梁比普通混凝土梁开裂、屈服、极限状态下的荷载及位移及试件延性均有提高,且ECC底板越厚,提高作用越显著;采用套筒或环箍-插筋的方式均可有效传递钢筋应力;采用带ECC底板的装配式梁可有效控制纯受弯区裂缝宽度,且其破坏时损伤指数更大.其在损伤严重时仍可承受荷载,适合应用于装配式结构的关键节点.     

钢-混凝土组合梁纯扭及复合受扭性能

为了研究钢-混凝土组合梁的扭转性能,对5根新型外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭试验,研究了组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态、工作机理以及裂缝开展分布的情况,比较分析了组合梁扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝开展之间的相互关系。通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了在组合梁纯扭及复合受扭作用下的开裂扭矩计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式。结果表明：理论公式计算结果与试验结果吻合良好,为评估结构的安全性及稳定性提供了依据。