直缝焊接钢管与混凝土界面黏结性能试验研究

大跨越输电杆塔工程中钢管混凝土结构设计对其界面黏结性能提出了更高的要求。为研究直缝焊接钢管与混凝土界面黏结性能,采用正交试验方法设计了9个钢管混凝土试件的推出试验。研究了直缝焊接钢管与混凝土界面黏结机理和黏结应力分布规律,分析了各因素影响黏结强度的主次关系及变化规律,并基于正交试验分析结果提出了优化的黏结强度经验计算式。试验结果表明:黏结应力-滑移曲线包括胶结段、非线性初滑移段和滑移段,在胶结段、非线性初滑移段曲线呈相似上升趋势,在滑移段曲线出现3种发展趋势,即Ⅰ-1、Ⅰ-2和Ⅱ类;Ⅰ-1类曲线下降后保持水平,Ⅰ-2类曲线下降后呈二次上升,Ⅱ类曲线形成拐点后缓慢上升,其3种发展趋势主要由直缝焊接钢管的制作"宏观偏差"所导致;影响胶结强度和极限黏结强度的因素主次关系均为钢管径厚比、混凝土强度、界面黏结长度,胶结强度和极限黏结强度随钢管径厚比增大而显著降低,随混凝土强度提高而增大;试件两端处黏结应力存在随荷载增大而减小的现象,揭示了黏结界面剥离从两端向中部发展的破坏机制;与其他学者实测数据对比证明本文黏结强度计算式有一定的可参考性。     

钢管自密实混凝土黏结滑移性能试验研究

为研究钢管自密实混凝土界面黏结滑移性能,基于膨胀剂掺量的变化进行了14根圆钢管自密实混凝土的反复推出试验,探讨分析自密实钢管混凝土的界面黏结状况以及膨胀剂掺量对试件黏结滑移性能的影响。试验结果表明:钢管自密实混凝土试件的受力过程划分为胶结段、滑移段、摩阻段三个受力阶段;适量掺入膨胀剂可以提高自密实钢管混凝土中钢管与混凝土的黏结滑移性能,但过量掺入膨胀剂,钢管壁将过早发生屈曲,降低钢管自密实混凝土的黏结滑移性能。     

氯盐环境下粗糙度对混凝土加固梁界面性能影响研究

针对混凝土表面粗糙程度对纤维布加固性能影响的研究不多的现状,采用数显干分表仪器并结合分形理论,对混凝土黏结面进行量化处理,结果表明分形维数可以作为量化评定混凝土黏结面粗糙程度的一个参数。在此基础上分析氯盐环境下粗糙度对混凝土界面力学性能的影响。试验结果表明:混凝土表面越粗糙,抗剪切能力越强,界面破坏越延迟,界面能越大。不同粗糙度界面有效传递距离为100~120 mm,界面越粗糙,有效传递距离越大,黏结性能越好,粗糙度f5的试件比粗糙度f0的试件黏结强度提高78%,极限位移提高200%。氯盐环境下混凝土与碳纤维复材界面应力滑移曲线中,界面越粗糙,脆性区间越长,材料反映的脆性性质越多,而进入塑性阶段,6种界面的黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.6~1.0 mm不等的滑移值撕裂破坏。     

Experimental and theoretical research on bond behavior of concrete filled steel tube with inner steel tube

为了研究内配钢管的钢管混凝土黏结强度,对12个内配钢管的钢管混凝土试件进行了拉拔试验和16个内配钢管的钢管混凝土试件进行了推出试验,大部分拉拔试件和推出试件表现为内管与混凝土之间黏结破坏,只有少数试件因为加工误差导致外管与混凝土之间黏结破坏。通过试验得到了各试件的黏结滑移相关数据,绘制出各试件的荷载-滑移曲线,曲线总体表现出先上升后下降的特点。试验结果表明,钢管拉拔时的黏结强度比钢管推出时小,拉拔内钢管时的平均黏结强度为0.63MPa,推出内钢管时的平均黏结强度则为0.76MPa;钢管径厚比对黏结强度影响最显著,对钢管径厚比与黏结强度关系进行拟合,得到钢管径厚比与黏结强度拟合公式,并与试验值、规范值对比,拟合值与试验值的比值在0.833~1.262之间,规范值与试验值比值在1.045~1.258之间,三者较为吻合。     

内配钢管的钢管混凝土黏结性能试验与理论研究

为了研究内配钢管的钢管混凝土黏结强度,对12个内配钢管的钢管混凝土试件进行了拉拔试验和16个内配钢管的钢管混凝土试件进行了推出试验,大部分拉拔试件和推出试件表现为内管与混凝土之间黏结破坏,只有少数试件因为加工误差导致外管与混凝土之间黏结破坏。通过试验得到了各试件的黏结滑移相关数据,绘制出各试件的荷载-滑移曲线,曲线总体表现出先上升后下降的特点。试验结果表明,钢管拉拔时的黏结强度比钢管推出时小,拉拔内钢管时的平均黏结强度为0.63 MPa,推出内钢管时的平均黏结强度则为0.76 MPa;钢管径厚比对黏结强度影响最显著,对钢管径厚比与黏结强度关系进行拟合,得到钢管径厚比与黏结强度拟合公式,并与试验值、规范值对比,拟合值与试验值的比值在0.833~1.262之间,规范值与试验值比值在1.045~1.258之间,三者较为吻合。     

粗糙度对CFRP 混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.     

方钢管石灰石机制砂再生粗骨料混凝土黏结滑移本构模型

通过16根方钢管石灰石机制砂再生粗骨料混凝土试件推出试验,研究了机制砂再生粗骨料混凝土强度等级、石粉含量以及钢管宽厚比对方钢管石灰石机制砂再生粗骨料混凝土黏结性能的影响,结合试件自由端滑移曲线分析了黏结滑移发展过程与内在机理。对比了方钢管卵石机制砂再生粗骨料混凝土平均黏结强度,采用方钢管卵石机制砂再生粗骨料混凝土黏结滑移本构模型拟合得到了石灰石机制砂试件黏结滑移曲线,并与试验结果进行了对比验证。由于试件的黏结滑移性能受测点位置影响,通过引入位置函数,提出了能反映局部黏结滑移规律的黏结滑移本构模型。结果表明:方钢管石灰石机制砂再生粗骨料混凝土黏结滑移经历了胶结、滑移、摩阻力、后滑移4个阶段,且具有更高黏结强度; 对比本构模型得到的计算值与试验值并分析其误差发现,采用方钢管卵石机制砂再生粗骨料混凝土黏结滑移本构模型拟合的黏结强度及滑移值与试验值相对误差均小于5%,且标准差小于0.05,证明该本构模型具有较好适用性。     

钢管活性粉末混凝土柱界面黏结性能研究

为了研究钢管与活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)之间的界面黏结性能,对两组钢管RPC柱进行轴心推出试验。建立钢管RPC柱的非线性有限元模型,通过合理选用钢管、混凝土、接触单元及其参数,并与文献[14]中钢管混凝土轴心推出试验的试验数据进行对比,验证了有限元模型的有效性,进而对钢管RPC柱的界面黏结承载力进行计算。试验结果表明,钢管RPC柱的黏结荷载-滑移曲线以及黏结破坏荷载规律与普通钢管混凝土轴心推出试验规律相似。有限元分析结果与试验结果符合较好,该有限元模型可以用于钢管RPC柱的界面黏结承载力计算。     

恒高温下钢管混凝土界面黏结性能试验研究

钢管混凝土的界面黏结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。为探讨高温下钢管混凝土界面黏结破坏特点和平均黏结强度的主要影响因素,文中以恒温温度、长径比和径厚比等为主要研究参数,进行钢管混凝土试件恒高温下的推出滑移试验,得到钢管混凝土界面的温度-时间和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明,在20℃～900℃研究范围内,恒温温度对圆钢管混凝土平均黏结强度有显著的影响,平均黏结强度随恒温温度的升高先减小后增加再减小,降低幅度最高达到90%;平均黏结强度随钢管长径比的增大而减小,降低幅度最高达50%;钢管径厚比对平均黏结强度影响很小,降低幅度在10%以内。     

不同构造圆钢管混凝土的黏结性能

为提高圆钢管混凝土的黏结性能,进行了 12个大尺寸圆钢管混凝土试件的推出试验.钢管内部构造措施包括无构造、内置竖向肋板、内置钢管和拉结板、内置环向肋板等6种;采用2种水胶比的核心区高强混凝土.通过各试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和应变,分析了不同构造和不同水胶比对圆钢管混凝土黏结性能的影响,并得到了环向肋板抗剪强度的计算方法.研究结果表明:无构造的圆钢管高强混凝土荷载-滑移曲线存在陡降段,设置构造措施可减弱陡降段;环向肋构造可大幅提高界面黏结强度和耗能能力,环向肋竖向肋的组合构造对于改善界面黏结性能效果最好,钢筋笼对黏结性能影响不大;混凝土与钢管的黏结强度随混凝土水胶比降低而升高.     

Rock burst process of limestone and its acoustic emission characteristics under true-triaxial unloading conditions

The rock failure process is associated with acoustic emission (AE). Hence, violent rock failure processes such as rock burst under different stress paths in laboratory can be studied using the AE monitoring technique. In this paper, single-face dynamic unloading tests under true-triaxial condition were carried out for Paleozonic marine sedimentation limestone samples produced by blocks cored from 1140 m depth in Jiahe coal mine of China. Frequency-spectra analysis was conducted for the full-wave AE data and figures showing the relationship of frequency–amplitude of AE signals in rock burst stages were obtained. The dynamical damage process and characteristics of limestone under the test condition are summarized. It is found from the fast Fourier transformation (FFT) analysis of the AE signals that there exist two main frequency ranges, i.e. lower (60–100 kHz), and higher (170–190 kHz), for the samples. When the limestone samples are under relatively lower stress, the AE signals are characterized by high frequency and low amplitude. As the stress increases, the AE signals tend to shift more towards a signature of high amplitude. Near the bursting failure of the rock samples, it is observed that there are much higher amplitude and lower frequency events. The AE accumulated energy release rapidly increases from the unloading state of the rock samples to its failure. The dynamic unloading test facility provides a useful tool to gain an insight into the characteristics of rock bursts.     

花岗岩灾变声发射信号多参量耦合分析及主破裂前兆特征试验研究

 通过开展花岗岩单轴压缩声发射试验,提取花岗岩破裂过程声发射信号的能量、主频和主频幅值,分析花岗岩破裂过程中3种耦合关系：破裂尺度和能量、能量和主频幅值、能量和主频的关系。以能量为媒介,探讨破裂尺度和声发射信号特征(能量、幅值和主频)之间的对应关系,研究花岗岩破裂过程中不同破裂尺度对应声发射信号的演化规律,探索岩石破裂的声发射前兆规律。研究结果表明：花岗岩破裂过程中存在4种模式声发射信号：低频高幅值、低频低幅值、中频低幅值和高频低幅值。花岗岩破裂过程中大尺度破裂声发射表现为低主频、高幅值和高能量的特征,对应低频高幅值声发射信号;小尺度破裂表现为低幅值和低能量,低、中和高主频共存的声发射特征,对应低频低幅值、中频低幅值和高频低幅值3种模式声发射信号。中、高频低幅值和低频高幅值3种模式声发射信号,适合作为花岗岩破裂预测的主要信号源,前兆特征表现为：中、高频低幅值信号逐渐消失,低频高幅值信号出现,即出现中、高频低幅值信号平静,而低频高幅值信号不平静的现象。高频低幅值和低频高幅值信号的前兆响应系数为0.2,中频低幅值信号前兆响应系数为0.14,相比中频低幅值信号,高频低幅值和低频高幅值信号的前兆响应时间早,前兆响应能力较强。     

单轴压缩下粗砂岩临界破坏的多频段声发射耦合判据和前兆识别特征

为寻求岩石临界破坏判据和前兆特征,在粗砂岩单轴压缩声发射(AE)试验的基础上,研究了岩石破坏过程中AE信号频段占比随应力变化特征,重点分析高、低两个特征频段占比随应力变化规律,同时对两个特征频段中不同应力水平下AE幅值关联维数进行计算与分析,并建立了基于频段占比与应力间关系的多频段AE信号主频识别判据模型。研究表明:AE信号频段占比的分布特征能较好地诠释岩石破坏所经历的主要过程;岩石破坏过程中,较低频段AE信号(31.25~46.875 k Hz)占比先减小后增大,较高频段AE信号(140.625~156.25 k Hz)占比先增大后减小。在临界破坏状态下,高、低两个特征频段占比分别出现最大值和最小值,且二者中AE幅值关联维数都下降到最低。通过对特征频段占比与应力之间的耦合分析,利用特征频段占比、AE幅值关联维数的变化可更准确地对岩石临界破坏前兆进行判别和预测。     

砂岩单轴压缩破坏全过程声发射主频特征分析

通过单轴压缩声发射实验获得红砂岩受压破坏全过程的声发射低频、高频信号及力学特征,对获得的信号波形采取小波阈值去噪后提取其主频,基于频谱分析理论,分析了砂岩破坏全过程的主频变化特征和频带能量占比规律。研究结果表明:声发射信号主频值分为10~25 kHz、45~60 kHz、120~135 kHz、140~155 kHz、160~175 kHz密集度明显的5个特征频段,其中45~60 kHz的频段对应着岩石试样发生破坏时的主要破坏模式,高于45~60 kHz的频段和低于45~60 kHz的频段分别对应着微小裂纹的萌生和较大裂隙的形成;主频频率变化特征在岩石变形破坏各阶段表现不同,压密至弹性变形阶段内,较为集中,主要存在于特征频段内,进入微裂隙稳定发展阶段后,分布范围由较为集中朝复杂离散方向转变,裂隙扩展至破坏阶段,在更加离散化的同时又相对集中;岩石临近破裂时,声发射信号主频段更加离散化;声发射信号频带能量主要集中在0~250 kHz,其中46.875~62.5 kHz和234.375~250 kHz频带的能量占比随荷载的增加,分别减小与增大。     

氯离子腐蚀对钢管混凝土界面黏结性能影响的试验分析

为考察钢管混凝土界面黏结性能与腐蚀时间的关系,在钢管内表面涂抹3.5%浓度的NaCl溶液,进行钢管混凝土在腐蚀环境中的模拟试验,以腐蚀时间为基本参数,完成了10根圆钢管混凝土试件的推出试验。结果表明,钢管混凝土在腐蚀初期,钢管与混凝土的黏结力有所提高,随着腐蚀时间延长,界面黏结力下降并趋于平稳。根据试验结果,得出各个试件的荷载-滑移曲线;结合碳钢在NaCl环境中的腐蚀机理,分析腐蚀对钢管混凝土界面黏结性能的影响,研究钢管混凝土腐蚀时间与界面黏结力的内在联系。     

不同围压下岩石声发射不可逆性及其主破裂前特征信息试验研究

 通过对花岗岩在不同围压下循环加卸载声发射(AE)试验,得到岩石加卸载损伤破坏过程中高、低频通道中AE累计振铃计数、岩石应力与时间的关系。基于此,研究岩石AE的不可逆性特征。同时运用快速傅里叶变换FFT逆变换对Kaiser点AE信号进行消噪,并通过FFT分析消噪后信号的频谱特征,探求岩石主破裂前特征信息。研究结果表明：(1) 两通道中接收到的AE振铃计数整体变化趋势基本相同,所揭示的Kaiser效应和Felicity效应规律基本一致;两通道中AE振铃计数特征主要区别在于数量不同;(2) Kaiser点主频分布在46.39～70.80与151.37～166.99 kHz范围内。岩石主破裂前,随轴向应力水平增加,低频通道中Kaiser点主频整体变化趋势由较低频向较高频转移,高频通道中由较高频向较低频转移;(3) 花岗岩Kaiser效应应力上限值为极限强度的65%左右。Kaiser点的主频特征及变化规律,可为岩石的损伤破坏评价提供依据。     

动态拉伸荷载下温度对CFRP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响

采用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制作了CFRP,将CFRP和钢板利用环氧树脂胶黏结起来,制备了 CFRP/钢板单搭接剪切接头。利用MTS液压伺服高速机测试了试件在恒定动态加载速率（0.625 m/s）和不同温度 （-25℃,0℃,50℃,100℃）作用下的力学性能。试验结果表明,接头的拉伸剪切性能（黏结强度、界面断裂 能、剪切刚度）与温度具有相关性。在一定的范围（-25 ~ 50℃）内,随着温度的升高,接头的黏结强度和界面 断裂能随之增大,但当温度超过环氧树脂胶的玻璃转化温度时,接头的黏结强度和界面断裂能急剧下降。不同温 度下的破坏模式有所不同:在低温（-25℃和0℃）时,接头的破坏模式表现为钢板与胶层之间的界面破坏;在50 ℃时,接头的破坏模式表现为部分胶体分别残留在CFRP和钢板的混合破坏;当温度达到100℃时,接头发生胶层 与CFRP之间的界面破坏。最后,通过数字图像相关技术（DIC）对不同温度下试件的搭接区域的FRP应变场进行了 分析,结果表明搭接区域端部的应变大于内部的,且试件的破坏也从端部开始发生。     

基于EMD的粉砂岩单轴压缩破裂损伤分析

通过RMT-150C岩石力学测试系统与SAEU2S型声发射仪器,对粉砂岩进行了单轴压缩声发射试验。运用荷载—时间—振铃累计计数关系对岩样损伤阶段进行划分,利用经验模态分解法(EMD)对不同损伤阶段的典型信号源进行了分解,并结合EMD能量熵分析声发射信号能量分布,进而对岩体损伤阶段进行描述。结果表明,粉砂岩单轴压缩破裂可分为起始损伤期、损伤发展期、损伤加剧期、试件屈服期及试件断裂层剥离期五个阶段,其EMD能量熵主要能量所占优势频率分布情况呈现先往高频发展、再往低频发展的趋势。利用EMD能量熵能有效分辨岩样损伤过程中的声发射源信号特征,为评估岩体损伤变化奠定了基础。     

单轴加载条件下花岗岩声发射及波传播特性研究

 采用声波、声发射一体化装置,研究单轴压缩下花岗岩波速与声发射演化规律,通过宏细观方法确定各应力门槛值,研究裂纹扩展不同阶段声发射演化及波传播规律。结果表明：细观裂纹的演化与宏观变形直接对应,由于微裂纹主要沿轴向扩展,导致轴向刚度对裂纹起裂及贯通的敏感度弱于非线性增长的侧向变形,瞬时泊松比曲线斜率变化点与应力门槛值对应,声发射测试确定的起裂应力比宏观应变法偏小,但反映了微裂纹的初始萌生;采用实测波速变化分析声发射震源的时空及幅值演化分布,较好地描绘了裂纹的扩展过程,由于不同阶段声发射信号的幅值及能量存在差异,导致声发射特征参数演化规律差异较大(尤其在损伤应力之后),AE能量在破坏前呈突发性增长,可作为灾害性破坏的前兆;加载初始阶段,由于微裂隙的闭合,波速及波幅均随应力逐渐增大,但增加速率逐渐下降,侧向波速在闭合应力附近基本达到峰值,此后一定阶段基本保持不变,但其他方向波速则继续增大,随着波传播方向与径向夹角的增大,波速增加幅度及波速下降点对应的应力(损伤应力前、后)逐渐增大,峰值应力附近对应波速下降幅度减小;波速受损伤演化的影响要滞后于声发射事件。     

常规三轴压缩下花岗岩声发射特征及其主破裂前兆信息研究

 通过岩石力学室内加载试验,对花岗岩在不同围压下的破坏全过程进行声发射试验,得到了岩石破裂全过程中的力学参数和声发射低频、高频信号特征,研究了低频、高频声发射信号的振铃计数、能量累计数与岩石应力、时间之间的关系,探求了声发射信号峰值频率在岩石主破裂前期的分布情况。研究表明：低频与高频通道接收的声发射信号基本特征--振铃计数、能量累计数在岩石破裂过程中的整体变化趋势基本相同,与岩石力学过程形成良好的对应;两通道的信号基本特征主要区别在于数值大小。在声发射频谱特征方面,岩石破裂的前兆信息在声发射信号峰值频率分布中呈现为峰频主频段增多的特征,表现为信号峰频分布由岩石加载初期的1～2个主频段(40～50 kHz和150～170 kHz频段)在岩石临界主破裂时增多到最多5个主频段(25～30 kHz、40～50 kHz、60～70 kHz、90～100 kHz及150～160 kHz频段)。