再生混凝土临界破坏特征及单轴压缩损伤本构方程

制作了5组不同再生粗骨料取代率的再生混凝土棱柱体试件并进行单轴压缩试验,采集棱柱体试件单轴受压全过程声发射(AE)参数,绘制单轴压缩应力-应变曲线。通过分析声发射能量参数,绘制压缩破坏过程中时间-声发射累计能量曲线,采用幂函数Power公式对该曲线进行拟合,将试验曲线与拟合曲线进行对比,结合能量加速释放理论对再生混凝土损伤过程声发射能量释放规律进行分析;将声发射累计能量突增的时刻视为临界破坏点,用受压全过程采集的声发射振铃计数定义损伤变量,考虑再生掺量带来的初始损伤,用再生粗骨料取代率百分数定义再生参数,借助Weibull统计方法与损伤理论建立声发射损伤演化模型,建立考虑再生粗骨料初始缺陷影响的声发射损伤本构方程,并将新建方程拟合应力-应变曲线与试验曲线进行对比。结果表明：拟合曲线与试验曲线吻合良好,新方程能够较好地描述再生混凝土的损伤演化过程。     

混凝土声发射规律的协同学研究及可视化模拟

混凝土破裂过程中声发射现象能够很好地揭示混凝土破裂机理.首次利用协同学的基本原理,对混凝土破裂过程中声发射现象进行了探索性研究,并通过混凝土破裂过程中内部结构状态变化(损伤演化)和声发射特征的对应关系,从更深层次上认识混凝土的破裂机理.首先分析了混凝土声发射参数与损伤演化的关系,并以声发射事件计数率作为混凝土破坏过程的序参量,建立了混凝土声发射序参量的演化方程,求出了其定态和非定态解,并分析了其科学意义,对混凝土声发射的协同特征进行了全面描述.最后,应用RFPA软件对混凝土声发射进行模拟,首次应用数值模拟的方法验证了混凝土声发射的协同效应,从而进一步证实了研究结果的准确性和利用协同学研究混凝土声发射的可行性,为混凝土声发射技术的工程应用提供理论依据;同时,所做的数值模拟工作,也为混凝土破裂机理研究提供了新的手段,即数值试验手段.     

煤矸石混凝土轴心受压声发射特性与损伤模型研究

对煤矸石粗集料取代率分别为0%,20%,40%,60%的4组煤矸石混凝土进行了轴心受压试验,并使用声发射(AE)技术对煤矸石混凝土受压破坏过程中的损伤演化规律进行动态分析.根据煤矸石混凝土受压损伤时所释放的声发射信号与能量,定性分析了材料的损伤程度,并以声发射参数为基础建立了煤矸石混凝土损伤演化方程与损伤本构模型.结果表明:煤矸石混凝土轴心受压应力-应变全曲线形状与普通混凝土基本一致,随着煤矸石粗集料取代率的增大,煤矸石混凝土的峰值应力略有下降,但下降幅度不大;声发射参数可有效描述煤矸石混凝土损伤的演化规律,且随着煤矸石粗集料取代率的增大,煤矸石混凝土的耗能能力减弱;以声发射参数为基础建立的煤矸石混凝土轴心受压损伤本构模型与试验结果吻合较好,可以为煤矸石混凝土的理论研究与工程应用提供可靠的依据.     

基于声发射参数的全轻混凝土梁损伤分析

轻骨料的多孔性、较低的弹性模量和较低的筒压强度,导致轻骨料混凝土存在多重损伤,损伤机理不同于普通混凝土。基于声发射参数分析的方法,对全轻页岩陶粒钢筋混凝土(Reinforced all-lightweight shale ceramisite concrete,简称为RALWSCC)梁的损伤规律开展了分析研究,从声发射参数角度解释了全轻混凝土的损伤机理。具体地,通过对RALWSCC梁进行四点弯曲声发射试验,分析了能量、振铃计数随声发射信号到达时间的变化规律;基于损伤力学和声发射速率过程理论,通过拟合得到试验梁的声发射活性函数,分析了在不同加载阶段速率参数m的变化规律,提出了基于参数m对RALWSCC梁进行损伤预警的方法。     

基于声发射技术的再生混凝土梁受弯过程的损伤特性研究

基于声发射技术对不同再生粗骨料取代率的再生混凝土梁进行四点加载试验,根据试验中所得到的声发射事件数、声发射能量释放值、声发射累计事件数及累计能量释放值等参数建立再生混凝土梁的损伤模型,基于构建的损伤模型解释了声发射信号和再生混凝土梁损伤之间的关系,进一步的探究再生混凝土梁受弯破坏的损伤特性。结果表明:再生混凝土的声发射特性与普通混凝土总体趋势相似,再生混凝土的极限承载力随着再生粗骨料取代率的增加呈现出先增大后减小的现象;再生混凝土声发射特性能有效的反映混凝土的损伤程度,随着再生粗骨料取代率的增大,声发射事件数及能量释放在前期损伤积累过程中越大,梁的损伤变量D先减小后增大;基于AE累计事件数与应力的关系,建立再生混凝土声发射损伤演化模型,可以较好的表征再生混凝土梁受弯破坏的损伤演化规律。     

骨料砂浆交界面劈裂损伤声发射特性试验研究

为了研究骨料砂浆交界面损伤破坏过程的损伤特征进而分析其损伤机理,采用全数字化声发射采集系统监测了其整个劈裂损伤破坏过程.在对所伴生的声发射信号进行全面系统分析的基础上,从声发射累积特性、声发射单参数时程变化规律、声发射组合参数变化规律等方面对交界面损伤过程的典型声发射特性进行了研究,这对识别混凝土损伤演化规律和损伤的物理机理都具有重要参考价值.     

声发射与超声波联合测试混凝土构件损伤量试验研究

依据损伤力学理论推导声发射和超声波技术联合测试混凝土试件损伤量的可行性。制作C60混凝土试件,采取加速腐蚀与浸烘循环结合的方法使混凝土试件腐蚀劣化,测试试件超声波速和声发射参数,计算混凝土的损伤量并与实测试件的损伤量进行比对。结果表明:采用声发射和超声波联合技术可以获得混凝土的损伤量,但需要继续优化参数的取值使之与实测值吻合。     

基于声发射速率过程理论的混凝土损伤评估研究综述

混凝土内部裂缝开展状况与声发射活跃状态是紧密相关的,而声发射速率过程理论是对声发射活性的具体描述.在对国内外相关文献进行研究分析的基础上,分析了声发射速率过程理论的原理,总结了基于声发射速率过程理论和Loand模型的损伤力学方程的定量损伤评估方法.从混凝土、岩石等材料的工程应用方面阐述了基于上述声发射速率过程理论的损伤评估方法的有效性和准确性,并总结了目前该领域的研究重点和不足.     

冻融循环作用下煤矸石混凝土的损伤特性及本构关系

考虑煤矸石粗骨料取代率(0、20%、40%、60%)的影响,开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验,研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。结果表明:不同取代率煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性,所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力应变曲线有紧密联系,基于受压声发射特性,采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型,并结合其冻融损伤模型,建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系,计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。     

基于全信息声发射技术的钢筋混凝土梁损伤过程监测

本文通过四点弯曲钢筋混凝土梁静力加载试验,研究了梁破坏全过程的声发射信号变化规律。利用全信息声发射技术对梁损伤过程监测、损伤程度评定和损伤位置区间确定,建立了基于全信息声发射技术的混凝土梁损伤过程监测方法。试验结果表明,基于参数分析方法,提取梁破坏时的声发射参数,表征梁的破坏过程,评定损伤程度,将梁损伤过程分为健康、轻微损伤、中度损伤、重度损伤、破坏五个阶段;并预测了结构极限承载力,对结构的可能破坏进行预警。基于声发射穷举法定位技术,研究梁受载过程中裂纹扩展规律,损伤区间确定具有一定精度,揭示了全信息声发射技术能够实时有效地监测与评价结构复杂、受力复杂的混凝土结构(构件)的损伤破坏过程,具有一定的实用意义。     

The damage evolution behavior of polypropylene fiber reinforced concrete subjected to sulfate attack based on acoustic emission

To study the damage evolution behavior of polypropylene fiber reinforced concrete (PFRC) subjected to sulfate attack, a uniaxial compression test was carried out based on acoustic emission (AE). The effect of sulfate attack relative to time and fiber hybridization were analyzed and the compression damage factor was calculated using a mathematical model. The changes to AE ringing counts during the compression could be divided into compaction, elastic, and AE signal hyperactivity stages. In the initial stage of sulfate attack, the concrete micropores and microcracks were compacted gradually under external load and a corrosion products filling effect, and this corresponded with detection of few AE signals and with concrete compression strength enhancement. With increasing sulfate attack time, AE activity decreased. The cumulative AE ringing counts of PFRC at all corrosion ages were much higher than those for plain concrete. PFRC could still produce AE signals after peak load due to drawing effect of polypropylene fiber. After 150 d of sulfate attack, the cumulative AE ringing counts of plain concrete went down by about an order of magnitude, while that for PFRC remained at a high level. The initial damage factor of hybrid PFRC was −0.042 and −0.056 respectively after 150 d of corrosion, indicating that the advantage of hybrid polypropylene fiber was more obvious than plain concrete and single-doped PFRC. Based on a deterioration equation, the corrosion resistance coefficient of hybrid PFRC would be less than 0.75 after 42 drying−wetting sulfate attack cycles, which was 40% longer than that of plain concrete.     

盐岩单轴应变率效应与声发射特征试验研究

 为了建立声发射参数与盐岩力学破坏机制的关系,进一步揭示盐岩在不同应变率条件下的损伤演化规律,利用声发射技术对加载应变率分别为2×10－3,2×10－4,2×10－5 s－1下的盐岩损伤演化及声发射参数特征进行试验研究。试验发现：(1) 3种应变率加载条件下盐岩的应力–应变曲线变化趋势接近。随着加载应变率的增加,盐岩弹性极限强度略有增加,峰值强度及其对应的应变值略有变化,达到峰值强度所需的时间呈线性减少。(2) 加载速率越慢,岩石破碎越松散,产生的裂纹越多,出现的累计声发射信号数越多。(3) 加载速率越快,声发射频率越高,脆性破坏特征越明显。声发射信号频率变化幅度反映了盐岩在不同应变率条件下裂纹的生成速度和损伤演化过程,而声发射信号累计振铃数则较好地反映盐岩达到峰值强度前应力–应变曲线关系。盐岩自身透光性的变化在一定程度上反映出损伤分布区域和损伤程度。建立基于声发射信号累计振铃数的盐岩损伤演化方程,较好地反映低应变率盐岩损伤演化过程。     

单轴压缩煤岩损伤演化及声发射特性研究

 为建立声发射参数与岩石(煤岩)力学破坏机制的关系,更好地了解受载煤岩体的损伤演化规律,进一步揭示煤岩动力灾害演化过程及灾害时间效应产生机制,利用MTS815岩石力学测试电液伺服试验系统和8CHS PCI–2声发射检测系统,对单轴压缩煤岩的损伤演化及声发射特性进行试验研究,分析单轴压缩煤岩的声发射特性,提出基于“归一化”累积声发射振铃计数的损伤变量,建立基于声发射特性的单轴压缩煤岩损伤模型,得出煤岩的损伤演化曲线和方程。研究表明,声发射信息反映煤岩内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,煤岩的声发射特征能较好地描述其变形和损伤演化特性。基于声发射特性的单轴压缩煤岩损伤模型是合理的。单轴压缩煤岩损伤演化过程可分为3个阶段：初始损伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤加速发展阶段。煤岩由变形至破坏可视为一逐渐发展过程：由变形、损伤的萌生和演化,直至出现宏观裂纹,再由裂纹扩展到破坏的全过程。     

基于双标量理论的混凝土高温损伤模型

基于双标量的各向同性损伤理论,提出了高温作用下的混凝土弹性本构模型。根据Moil-Tanaka理论,建立了适合于混凝土材料的宏观损伤变量与细观孔隙度之间的关系;基于混合物理论,推导了混凝土在荷载、温度作用下孔隙度的变化规律,得到了混凝土高温作用下的损伤演化方程;理论计算结果与试验结果对比表明,损伤演化方程可以很好的反应混凝土的高温损伤。模型通过孔隙度的变化,综合考虑了力学荷载和温度荷载对损伤的影响,为混凝土的高温损伤模型研究提供一种新的方法。     

受弯钢筋混凝土柱宏/微观损伤演化声发射监测试验与评估研究

利用水平低周反复加载试验与声发射监测技术，开展了受弯钢筋混凝土（RC）柱的宏/微观地震损伤演化试验研究。根据试件损伤演化过程和破坏特征，确定了其损伤性能点，并与已有试验研究结果对比，分析了各性能点对应的位移角。利用Park-Ang损伤模型，依据PEER数据库55根RC柱的试验结果，统计并分析了概率损伤性能水准。声发射信号参数分析表明：累积计数率比曲线和累积能量率比曲线与Park-Ang损伤曲线之间具有较好一致性，基于三者拟合曲线之间的关系，可得到声发射评估模型的表达式，其评估结果符合概率损伤性能水准；声发射b值曲线演化特征与试件损伤演化特征相一致，b值曲线的发展趋势能够反映试件的宏观和微观损伤演化过程。     

冲击荷载下聚丙烯纤维混凝土动态性能试验研究

本文通过改进的分离式Hopkinson压杆试验装置对聚丙烯纤维混凝土进行冲击压缩试验。对5种不同纤维掺量的混凝土进行了4个应变率的单轴冲击压缩试验。从已有的本构模型中选择最合适的来模拟聚丙烯纤维混凝土,并对本构方程进行了改进。自定义了一种损伤确定方式,并通过对比损伤因子来确定了应变、应变率及纤维掺量对损伤演化的影响,得出损伤演化最慢时的纤维掺量;应变率效应在峰值应力中体现得比较明显,但在初始弹性模量上却相差甚微;一定的纤维掺量可以增加材料的韧性,但是过多或者过少的掺量都会导致峰值应力减小。     

高温后混凝土损伤评估的声发射试验研究

为研究高温后混凝土的损伤特征,对25~900℃范围10种温度水平的混凝土立方体试块进行单轴压缩和变幅循环加卸载试验,同步进行声发射采集。试验结果表明高温后试块表观特征、受压破坏形态、力学性能、加载过程中的Kaiser效应和声发射速率过程参数均能有效表征高温对混凝土的损伤作用;以声发射速率过程理论和损伤力学建立的高温后混凝土损伤模型,实现了利用初始损伤因子D0对高温后混凝土损伤程度进行定量评估。     

岩石单轴压缩下损伤表征及演化规律对比研究

采用声波、声发射一体化装置同步测试单轴压缩下花岗岩应力应变、超声波及声发射(AE)特征演化规律,分析岩石特征应力对应的宏–细观表征,通过裂纹体积应变、声发射及声波特征等共同量化岩石损伤演化过程。结果表明:裂纹体积应变和波速对应的损伤起始应力吻合较好,AE事件、幅值分布、b值对应的应力特征值基本一致,但AE事件表征的损伤累积开始早于宏观变形和声波;初始加载阶段波速及各项异性系数K均逐渐增加,之后变化趋缓,起裂应力后侧向波速开始减小,而K逐渐增大;峰值应力前裂纹的快速聚结引起AE信号幅值大幅增加,伴随的是b值的快速下降和AE累积能量的陡增;基于起裂应力后损伤才开始累积的假定,量化并对比了裂纹体应变、AE事件等多参量表征的损伤演化规律,发现花岗岩损伤累积绝大部分发生在损伤应力之后。裂纹体应变表征的损伤具有明确物理意义,但裂纹体应变计算中泊松比选取存在一定主观性,裂纹体应变、AE能量、模量等参数表征的损伤在接近峰值应力前均出现大幅增加,与b值的快速下降对应。综合对比分析,AE能量表征的损伤具有更好的可靠性,反映了岩石损伤破裂的本质特征。     

基于并联假设的混凝土高温损伤本构模型

假设混凝土由一系列几何属性相同的结构微元并联而成,利用结构微元的随机断裂和高温软化模拟混凝土在力学荷载和温度荷载作用下的损伤机制,建立混凝土高温损伤本构模型;采用Mazars等效应变作为描述结构微元断裂破坏的强度判据,建立力学损伤演化方程;采用弹性模量随温度的变化反映高温作用下结构微元性能劣化的程度,建立热损伤演化方程;通过单轴压缩应力应变试验曲线和弹性模量随温度的变化曲线,给出了损伤演化方程中参数的求解方法。最后通过数值计算,得到了不同温度和围压作用下的应力应变关系。