冻融作用对自密实轻骨料混凝土声发射特性影响EI北大核心CSCD

为研究冻融后自密实轻骨料混凝土单轴压缩下的声发射(AE)特性,对未掺引气剂的自密实轻骨料混凝土试件进行0次、50次、100次快速冻融试验。结果表明:随着冻融次数增加,试件轴压应力-应变曲线趋于完整,峰值应力有明显降低;声发射峰值频率主要位于15 kHz~45 kHz,85 kHz~105 kHz,235 kHz~255 kHz和285 kHz~320 kHz这4个“优势频段”区间,对应于混凝土内部预存裂纹或孔隙压密,骨料/砂浆界面增强层的开裂,粗骨料断裂破坏以及砂浆的开裂。受冻后的试件在轴压作用经历拉伸裂缝与剪切裂缝之间的交替转化,最终形成主裂缝导致破坏。冻融作用以及应力水平变化对AE信号源分布有较大影响,随着应力水平的增加,AE信号源趋于活跃,且在试样断裂面有聚集趋势。     

疲劳荷载对橡胶混凝土损伤和断裂性能的影响

虽然橡胶混凝土塑性和疲劳性能较好,但由于掺入橡胶,其在疲劳荷载下离散性增大,损伤过程及最终的断裂机制均不明确。为研究橡胶混凝土在疲劳荷载下的损伤和断裂性能,基于声发射开展了不同橡胶掺量的混凝土在疲劳荷载下的三点弯曲疲劳断裂试验。计算有效裂缝长度,分析疲劳荷载下不同橡胶掺量的混凝土裂缝长度a的变化规律,并利用裂缝长度a和声发射累积能量E_AE分别定义了损伤变量D_a和D_AE;分析疲劳荷载下不同橡胶掺量的混凝土断裂能G_F的变化规律;利用声发射中的信号持续时间分析疲劳荷载下橡胶混凝土中裂缝出现和扩展的规律。结果表明,混凝土的断裂能随橡胶掺量的增加呈线性增加;在疲劳荷载下,裂缝长度a和D_a均呈倒S型规律变化,而D_AE呈正S型规律变化;声发射信号持续时间表明,在疲劳荷载下,橡胶混凝土中的裂缝总在荷载较小时出现或发生扩展。      

钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明:在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38:2004的公式进行了对比。计算结果表明:该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。     

预应力混凝土梁变幅疲劳性能试验研究

对后张法预应力混凝土梁进行多级疲劳荷载循环试验,分析预应力混凝土梁在疲劳荷载下的裂缝开展情况及梁体刚度退化情况,推导预应力混凝土梁疲劳刚度退化方程,编制疲劳挠度计算程序。结果表明：未达开裂荷载水平时,预应力混凝土梁在疲劳循环荷载下亦出现裂缝,且裂缝出现时间与应力水平有关;梁体刚度在疲劳荷载循环的前15万次中降低幅度较大,之后呈稳定降低趋势;疲劳试验梁静载挠度在静载破坏试验开裂前较静载梁大;但随荷载增大,静载梁裂缝发展较完全;后两者挠度较接近,疲劳梁破坏时挠度较静载梁大20%;基于刚度退化方程的疲劳挠度计算程序结果与实验值吻合较好,可用于计算、预测疲劳挠度。     

小湾拱坝湿筛与三级配混凝土静态弯拉声发射特性

摘 要：结合小湾拱坝湿筛和三级配混凝土静态弯拉试验,采用全数字化声发射系统采集了两种混凝土在三点弯曲荷载作用下从加载至最终破坏的声发射特征参数和波形。对比分析了各加载阶段的声发射活动发展规律及声发射波形FFT功率谱峰值频率和频率质心的统计特征,识别了两种混凝土以声发射特征参数为基础的损伤断裂机制,采用商业声发射软件对微裂缝局部化区域进行了定位。结果表明,三级配混凝土与湿筛混凝土相比,具有以下声发射特征：(1)更易诱发损伤,在各个加载阶段具有较小的声发射b值;(2)声发射撞击峰值频率在100-125kHz频段及225-250kHz频段也有分布,同时频率质心比湿筛混凝土低;(3)在湿筛混凝土的一个特定机制的持续时间范围内,三级配混凝土识别为两个机制;(4)微裂缝的局部化区域范围大于湿筛混凝土。     

含边裂纹试样弯曲断裂声发射特征研究

采用类岩石材料研究了含边裂纹试样在三点弯曲加载条件下的裂纹扩展过程，并利用声发射（AE）测试技术分析了含裂隙试样弯拉应力作用过程中预制裂纹萌生、起裂、扩展和断裂破坏的全过程的声发射特征。试验结果表明，声发射的阶段性突发特征反映了张拉裂纹阶段性扩展的规律，但边裂纹的拉破裂特征不同于压剪应力作用下的声发射特征。预制裂纹在拉破裂过程中的声发射特征表现为AE数的渐进增长、快速增长、突发式增长和逐渐下降4个阶段。声发射源的带状分布规律表明，在弯拉应力作用下，裂隙的张性断裂不是孤立的，而是有若干个小断裂面聚集而成宏观断裂，探讨了预制裂隙受拉破坏的内在机理。     

基于声发射技术的非标准自密实混凝土三点弯曲梁动态断裂特性

对不同初始缝高比的自密实混凝土(Self-compacting concrete,SCC)非标准三点弯曲梁开展不同加载速率下的断裂试验,获得其断裂的荷载-裂缝嘴张开口位移曲线及峰值荷载、断裂韧度、临界缝高比增量、弹性模量和柔度系数等断裂参数,结合Pearson相关性检验公式及加载速率效应模型,定量分析初始缝高比、加载速率与断裂参数间的相关性强弱及SCC断裂参数的加载速率效应。结果表明峰值荷载、断裂韧度及弹性模量均存在一定的加载速率效应,柔度系数仅与初始缝高比强相关,弹性模量和断裂韧度是材料的固有属性,不受初始缝高比影响。同时,基于声发射(Acoustic emission,AE)技术对SCC的损伤断裂过程、断裂边界效应及裂缝扩展模式进行分析,结果表明,AE参量能较好地反映混凝土断裂的三阶段特性及边界效应。裂缝的扩展首先以拉伸裂缝为主,剪切裂缝占比随着裂缝扩展过程逐渐增大。      

钢纤维混凝土梁压、弯组合作用下的承载力分析

钢纤维混凝土开裂后.钢纤维能在开裂面上提供一定的拉应力.这类似钢筋混凝土中受拉钢筋的作用.与钢筋混凝土不同,钢纤维混凝土开裂面上的拉应力随裂缝宽度的增加而逐渐降低.本文通过四点弯曲试验得到钢纤维混凝土梁开裂截面上钢纤维拉应力与裂缝宽度曲线,然后以此为基础对轴力、弯矩组合作用下的钢纤维混凝土梁的承载能力进行分析,得到钢纤维混凝土梁在轴力和裂缝宽度作用下的抗弯承载力计算公式.最后用得到的计算公式做出钢纤维混凝土梁在极限承载状态下的N-M相关曲线.计算分析表明,钢纤维混凝土梁开裂后,开裂面上的应力重分布会使截面的抗弯力臂增大.从而提高截面的抗弯承载力.并且开裂截面的抗弯能力也随轴压力的增大而有明显提高.这就从理论上解释了受压钢纤维梁开裂后的抗弯承载力不但没有降低,反而有所提高的现象.     

钢纤维再生粗骨料混凝土受压声发射特性与损伤演化

为了探究钢纤维掺量(体积率0、0.8%、1.5%)对C30再生粗骨料混凝土(质量分数取代率0、100%)基本力学性能的影响，结合声发射特征参数和应力-应变曲线来描述钢纤维再生粗骨料混凝土在轴心受压过程中的损伤演化规律。试验结果表明，通过对声发射损伤定位、撞击计数与能量计数分析，可实现钢纤维再生粗骨料混凝土轴心受压破坏从累计损伤到微裂缝演变，再到宏观裂缝扩展的全过程动态监测，不同钢纤维掺量再生粗骨料混凝土与普通混凝土试件在加载过程中损伤点的密集集中位置与试件最终破坏位置相符；基于声发射累计撞击计数建立的混凝土损伤模型可用于分析钢纤维再生粗骨料混凝土的损伤演化规律。     

自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力力学性能

为探究自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力力学性能,应用液压伺服机和材料压-剪试验机,对自密实轻骨料混凝土进行单轴受压、单轴劈裂抗拉和压-剪复合受力试验研究,通过试验得到不同加载工况下自密实轻骨料混凝土破坏形态和力-变形曲线,引用文献对普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪复合受力研究数据,对比分析自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力性能。研究结果表明:自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力破坏形态与普通混凝土和轻骨料混凝土相类似,随着轴压比的提高,剪切破坏断面摩擦痕迹逐步明显,混凝土碎渣也逐步提高,自密实轻骨料混凝土剪切破坏强度、残余荷载和剪切破坏位移也随之提高;剪切破坏强度提高幅度高于普通混凝土和轻骨料混凝土,残余荷载受轴压比影响提高幅度高于普通混凝土,但略低于轻骨料混凝土。基于主应力空间结合普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪试验数据,提出混凝土压-剪复合受力统一破坏准则,同时基于八面体应力空间,提出自密实轻骨料混凝土破坏准则,所提出的破坏准则具有良好的适用性。      

自密实钢纤维轻骨料混凝土的早期性能与损伤分析

在自密实轻骨料混凝土基础之上掺入钢纤维配制出自密实钢纤维轻骨料混凝土,分析了自密实钢纤维轻骨料混凝土的抗压强度、抗拉强度等主要力学性能以及收缩、抗碳化等耐久性能,并与普通骨料自密实混凝土进行对比分析。探讨了钢纤维对于改善自密实轻骨料混凝土损伤所起的作用及其机理。结果表明:掺入钢纤维后自密实轻骨料混凝土的抗压强度增大,劈拉强度明显提高,收缩及抗碳化能力也有明显改善。与普通骨料混凝土相比,自密实钢纤维轻骨料混凝土初始裂缝的产生与发展得到有效抑制。     

锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁挠度计算方法研究

为探究锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的结构力学行为及刚度退化规律，设计了3组不同应力幅作用的钢筋混凝土梁锈蚀-疲劳耦合持荷试验，分析了各试验梁的疲劳寿命及刚度演化规律。结果表明，钢筋、混凝土疲劳和钢筋的锈蚀耦合作用下，钢筋混凝土构件的疲劳寿命显著降低，疲劳梁和锈蚀疲劳耦合梁的挠度发展曲线均呈现“突增-稳定-突增”的变化规律，且锈蚀疲劳耦合梁在第二阶段的挠度发展速率要远大于同应力幅下的疲劳加载梁。该方法在既有规范基础上分别改进了现有疲劳梁和锈蚀疲劳耦合作用下结构的挠度计算方法，可以有效考虑钢筋疲劳作用、外荷载应力幅、混凝土模量退化、钢筋锈蚀等因素的影响，其计算值与试验值吻合较好，验证了该文提出的刚度计算模型的有效性。     

二次受力下自密实混凝土加固RC梁受弯性能研究

为模拟实际工程中加固构件的真实承载能力,实验在原混凝土构件持续受荷状态下,采用自密实混凝土对构件进行加固、养护。共进行了7根二次受力下自密实混凝土加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验,研究了不同初始受力水平、不同加固厚度及不同界面处理方式对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力和截面刚度的影响。试验量测了构件裂缝分布形态、荷载-挠度曲线、钢筋应变发展规律等。结果表明:采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,能有效地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度等性能;二次受力下自密实混凝土加固梁抗弯承载力随着初始受力水平的增大而降低。在试验结果的基础上,基于平截面假定,提出了二次受力下自密实混凝土加固梁钢筋滞后应变及抗弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

自密实高强混凝土框架结构的抗震性能试验研究

为了保证自密实高强混凝土框架结构在抗震地区应用的安全性,采用 MTS 伺服加载系统进行了二榀单层单跨框架在拟静力荷载作用下的抗震性能试验研究。在混凝土强度相近、配筋与构件尺寸一样的情况下,对比分析自密实高强混凝土框架与普通高强混凝土框架的抗震性能。在试验中观测了自密实混凝土和普通混凝土框架的裂缝开展情况、破坏过程、结构的荷载—位移滞回曲线、钢筋与混凝土应变等,对自密实混凝土框架结构抗震性能的分析研究可为自密实混凝土框架结构的工程应用提供设计参考。     

不同密度泡沫混凝土梁断裂特性及数值模拟

为探究泡沫混凝土(Foamed concrete,FC)梁的断裂特性和裂缝扩展过程,采用不同密度和不同初始缝高比的试件,开展不同加载速率下的三点弯断裂试验.结果表明,FC梁的抗弯承载力具有加载速率效应,其峰值荷载随加载速率的上升而增大.但加载速率效应随FC密度的增长逐渐减弱,且初始缝高比越大,加载速率效应越不明显.FC梁抗弯承载力随密度的减小而下降,但其抵抗变形的能力增强.利用ABAQUS建立FC梁的有限元模型,借助扩展有限元方法(Extended finite element method,XFEM)模拟FC梁的裂缝扩展过程,得到其断裂过程的荷载-裂缝张口位移(P-CMOD)曲线.结果表明,数值模拟的结果与试验结果吻合良好,验证了XFEM的合理性和精确性.FC梁在达到峰值荷载前的裂缝开展形式主要为拉伸裂缝,达到峰值荷载后,裂缝进入失稳扩展阶段,剪切裂缝逐渐增多.     

基于声发射特征参数的玻纤格栅复合梁阻裂机理表征

为揭示玻纤格栅对复合梁弯曲开裂行为的阻裂机理,本工作开展基于声发射(AE)技术的带缝水泥混凝土板加铺沥青层结构的三点弯曲试验,通过声发射特征参数对比分析有无玻纤格栅夹层两类复合梁的弯曲断裂过程,探究试件损坏过程中AE参数演化特征,通过RA值和AF值分析了复合梁的断裂模式,并结合分形理论研究玻纤格栅对复合梁弯曲断裂特征的影响.研究结果表明:声发射特征参数可有效识别玻纤格栅的作用时期;玻纤格栅在荷载峰值后逐渐开始承受弯拉荷载,延缓了宏观裂缝的扩展,对复合梁的峰后持荷能力有明显提升作用,但承力时期滞后于沥青加铺对弯曲破坏荷载没有影响;玻纤格栅夹层的存在降低了复合梁拉伸破坏趋势,提高了复合梁弯曲破坏过程中的有序性,使复合梁中的微裂缝从产生、发展以及汇集成宏观裂缝至最终弯曲破坏的变化成为更加有序且渐近的过程,从而使该过程有明显的分形特征.     

中央带裂缝混凝土循环拉伸断裂试验Felicity效应

混凝土的声发射特性是其在受载过程中的伴生现象,具有对应力或应变历史的记忆性,可以利用声发射记忆性评价混凝土结构损伤历史。通过中央带裂缝混凝土试件循环拉伸断裂试验,分析了不同声发射参量与循环荷载历程之间的关系,建立了循环拉伸状态下混凝土声发射损伤模式,揭示了初始裂缝宽度对Felicity比的影响规律。结果表明,动态轴向循环荷载作用下,随着初始预制裂缝宽度的增加,混凝土棱柱体试件Felicity比逐渐增大。主要试验成果为采用声发射记忆性来评判混凝土的损伤历史提供了一种新的方法。      

岩石-混凝土复合梁弯拉损伤的声发射参量聚类识别EI北大核心CSCD

为研究围岩-混凝土衬砌结构的受弯损伤特性,选取两种岩石(花岗岩和黑砂岩)和两种混凝土(纤维和无纤维),制备了4种岩石-混凝土复合梁。采用MTS试验机对复合梁进行四点弯曲试验,并利用声发射技术对复合梁的弯拉损伤过程进行了监测;声发射的损伤定位结果表明,岩石-混凝土复合梁的主要损伤过程可以分为:混凝土损伤段、界面损伤段、岩石损伤段及残余承载段四个阶段;为了对复合梁弯曲破坏各个阶段的损伤类型进行识别,采用高斯混合模型对声发射参数进行了聚类分析,并与常规的RA-AF分析方法进行对比。与常规的RA-AF分析方法相比,高斯混合模型不需要人为选取经验参数,对损伤的识别更科学合理。此外,高斯混合模型分析结果显示岩石-混凝土复合梁主要发生的是拉伸损伤(占比大于87.9%),仅产生少量的剪切损伤(占比小于12.1%)。     

考虑初始缺陷影响的混凝土梁动态弯拉破坏模式分析

考虑到混凝土细观非均质性的影响,从细观角度出发,认为混凝土是由骨料、界面过渡区、砂浆基质及初始缺陷组成的四相复合材料,建立了混凝土简支梁的二维随机骨料模型。采用耦合材料应变率效应的塑性损伤本构模型来描述砂浆基质及界面的力学性能;假定骨料不产生损伤破坏,设定为弹性。对无缺陷、2%和5%孔隙率的混凝土梁进行弯拉破坏数值研究,探讨初始缺陷及加载速率对混凝土梁弯拉破坏模式、弯拉强度及宏观应 力-应变关系的影响。数值结果表明:混凝土弯拉破坏模式及宏观力学性能具有明显的加载速率相关性;初始缺陷的存在对混凝土破坏模式及宏观力学性能具有很大的影响。     

实腹式型钢混凝土梁疲劳破坏模式与机理研究

国内外以往研究揭示了实腹式型钢混凝土(SRC)梁在静力荷载作用下具有正截面受弯破坏与斜截面受剪破坏两种模式。该文旨在通过试验研究实腹式SRC梁在疲劳荷载作用下的破坏模式、受力性能和机理。共进行了50根SRC梁的疲劳试验,试件设计考虑了含钢率、配筋率、剪跨比、混凝土强度、设置栓钉连接件与否等参数的变化,剪跨比覆盖到1.0~4.2的范围。为了与SRC梁内部钢梁的疲劳性能进行对比,又开展了8根纯钢梁的疲劳试验。该文阐述了SRC梁各组件的疲劳破坏过程,比较了纯弯段和剪跨段的受力行为。结果表明:剪跨比从1.0变化到4.2,正截面受弯疲劳破坏都是实腹式SRC梁的绝对主导破坏模式,是其抗疲劳设计的关键问题,而斜截面受剪疲劳破坏模式很难呈现。纯钢梁受剪疲劳强度远比其张开型的正截面受弯疲劳强度高的特性,同样体现在SRC梁内部钢梁的疲劳性能上。内部钢梁正截面受弯疲劳破坏是整个SRC梁疲劳破坏的标志,改善钢梁疲劳强度的构造措施对提升SRC梁的疲劳性能具有重要意义。