三点弯曲下橡胶混凝土的断裂性能

通过橡胶混凝土三点弯曲梁断裂试验,测取橡胶混凝土的荷载、挠度和裂缝开口位移值,并绘制荷载-挠度曲线和荷载-裂缝开口位移曲线;根据《水工混凝土断裂试验规程》和ASTM规范计算断裂韧度与断裂能,研究不同橡胶掺量对混凝土断裂性能的影响,以及声发射累积能量和断裂能之间的关系,并对比分析两部规范中给出的不同断裂韧度计算公式的计算结果。研究表明:掺入橡胶后混凝土能承受的最大荷载降低,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、断裂韧度、断裂能和声发射累积能量均降低;混凝土梁的有效裂缝长度和最大挠度在橡胶掺量为10%时最小,在橡胶掺量为20%和30%时增大;延性指数随橡胶掺量的增加逐渐增大,最大提高了41%;通过拟合混凝土的断裂能和声发射累积能量曲线,可得出y=a+becx形式的经验式。掺入橡胶后混凝土韧性和变形能力提高,脆性得到了改善,并可利用经验式推断达到某一声发射能量值时混凝土的破坏程度。     

橡胶混凝土弯曲疲劳性能研究

为研究橡胶混凝土的弯曲疲劳性能,将粒径为0.54 mm的橡胶颗粒以不同掺量掺入混凝土中,制成橡胶混凝土试件进行轴压试验与轴拉试验,测其应力-应变曲线,计算出弹性模量和泊松比。进行四点弯曲静载试验及ABAQUS数值模拟,得到极限荷载、峰值挠度和荷载-挠度曲线,试验结果与数值模拟结果较接近,验证了数值模型的可靠性。使用疲劳软件Fe-safe分析等幅及变幅加载下橡胶混凝土弯曲疲劳寿命,结果表明:无论是普通混凝土还是橡胶混凝土,在等幅循环荷载下,应力水平越高,弯曲疲劳寿命越低;各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命都比普通混凝土的大,且橡胶掺量越多弯曲疲劳寿命越大;在变幅荷载作用下,随着橡胶掺量的增大,混凝土的弯曲疲劳寿命也越大;随着变幅等级增多,各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命均降低,且变幅等级越多,弯曲疲劳寿命越低。     

混凝土单轴循环加卸载试验及声发射特性

利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴试验系统和SAEU2S声发射信号采集系统, 研究了单轴循环荷载作用下混凝土强度变化及声发射特征。结果表明:混凝土在单轴循环荷载作用下,其抗压强度与回弹值的比值随应变速率的增加而增大,通过线性拟合发现混凝土抗压强度与回弹值的比值率效应表现明显;混凝土在单轴循环加卸载过程中,声发射定位研究揭示了混凝土开裂位置及发展状况,并将混凝土变形分为4个阶段进行研究,结合每个阶段声发射累积定位数情况,分析了混凝土损伤变化;对循环加卸载过程中声发射累积定位数的分析发现,卸载后再次至最大历史应力水平前大量声发射信号产生说明混凝土不满足Kaiser效应;基于声发射定位数与应力随时间变化关系的研究认为,混凝土强度与应力水平有关,与内部结构也有关。     

碳纤维、钢纤维混凝土低周抗压疲劳特性的试验研究

本文研究了素混凝土、碳纤维混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维、不同品种钢纤维、纤维掺量、加载应力水平对于疲劳寿命及能量吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性。研究表明：在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大。     

碳纤维、钢纤维混凝土低周压抗疲劳特性的试验研究

本文研究了素混凝土，碳纤维混土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维，不同品种钢纤维，纤维掺量，加载应力水平对于疲劳寿命及能吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性，研究表明，在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命，能量吸收值均比高应力水平时明显增大。     

基于声发射技术的冻融劣化混凝土损伤特性研究

利用动静力三轴仪进行冻融劣化后的混凝土单轴循环加卸载试验,试验过程中同步采用声发射装置全程采集声发射数据,对声发射能量参数与应力应变的关系进行分析,并进行基于声发射技术的混凝土损伤特性分析。结果表明:整个循环加卸荷过程中,声发射的能量数主要集中出现在加载阶段,卸载阶段的能量数很少或几乎没有;混凝土的损伤变量随着累计塑性应变的增大呈现先缓慢增大、随后迅速增大、最后趋于缓慢增大的变化趋势;通过分析不同冻融循环次数、不同应变速率下的损伤变化规律,将混凝土循环加卸荷的损伤过程分为损伤起始、损伤稳定发展、损伤破坏三个阶段;在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体上呈增大的趋势。     

短碳纤维混凝土低周疲劳断裂特性的试验研究

对于碳纤维混凝土带切口三点弯曲梁试件，测定了其在静载下的断裂参数，用测定柔度的方法研究了循环加载历史对碳纤维混凝土断裂参数的影响规律，试验研究了碳纤维混凝土的疲劳断裂特性。试验结果表明：当预疲劳加载幅值超过某一阈值后，碳纤维混凝土的断裂参数有所降低，这些参数是与预疲劳幅值有关的物理量，裂缝亚临界扩展长度与疲劳寿命无关，碳纤维混凝土的疲劳断裂寿命是素混凝土的2.1～2.8倍，能量吸收是素混凝土的9.5～13.2倍。     

复杂结构体系中声发射传播与能量衰减特性试验研究

为研究声发射信号在水电站厂房等复杂组合结构中的传播性能,在复杂梁柱结构中各代表位置布置了多组声发射探头并采集拟声发射信号,研究了声发射信号在混凝土结构、圆形空心钢管柱,圆形钢管混凝土柱中的传播性能,并对比了功率谱图及声发射参数。结果表明:(1)声发射信号传播经过柱体时有明显的能量衰减,且经过圆形钢管混凝土柱的能量衰减程度大于圆形空心钢管柱;(2)声发射信号从混凝土结构传至圆形钢管混凝土柱时,能量衰减率大于混凝土结构中的传播,能量衰减主要集中在10~50 kHz频率段;(3)声发射信号从混凝土结构传至圆形空心钢管柱中时,探头所接收表征能量值大于源信号处能量值。柱体影响范围内,传播经过圆形空心钢管柱的声发射信号等效传播速度大于混凝土中传播速度。对于圆形钢管混凝土柱,等效速度小于混凝土中传播速度。研究成果对复杂结构体系声发射检测具有重要参考价值。     

带裂缝混凝土动态轴拉的声发射特性研究

为研究带裂缝混凝土在动态轴向拉伸荷载作用下的声发射信号特性,采用张口位移控制加载的方式,开展了张口位移速率为10~(-5)~10~(-2)/s的混凝土动态轴向拉伸断裂试验,分析了不同加载速率下声发射特征参数振铃计数、状态参数事件计数率和荷载随时间的变化曲线。试验表明:振铃计数包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系,且随着加载速率的提高,声发射活动越集中,试件断裂时间越短,更偏向脆性破坏,声发射能很好地揭示试件动态拉伸的受载情况和破坏状态。基于声发射特征参量的能量分析揭示了混凝土断裂破坏能量释放规律。结果表明:带裂缝混凝土动态轴向拉伸破坏不具有典型的3阶段特征,声发射信号在破坏瞬间突发性增强;随着张口位移速率的提高,混凝土断裂破坏时间缩短,极限强度增加,释放的能量呈指数增长。     

橡胶自密实混凝土断裂性能试验研究

通过橡胶自密实混凝土三点弯曲切口梁试验,测取橡胶自密实混凝土的荷载-位移曲线和荷载-裂缝开口位移曲线,根据双K断裂模型计算其断裂参数与断裂能,研究不同类型、不同掺量的橡胶对自密实混凝土的断裂性能的影响,并对比分析经过氢氧化钠溶液预处理与未处理的橡胶自密实混凝土断裂性能的不同。试验结果表明,橡胶的掺入使自密实混凝土的断裂韧度、断裂能增大,其增大的幅值与橡胶掺量、品种等有关;氢氧化钠溶液预处理可以改善橡胶自密实混凝土断裂性能。     

砂岩破坏过程能量释放及前兆特征

岩体原始裂隙的扩展、贯通是导致岩体失稳破坏的重要原因。基于此,开展了含不同角度裂缝的细砂岩试验研究。采用MTS刚性压力机对其进行加载,利用声发射监测系统对加载全过程进行实时探测,对其损伤过程岩体耗散能、弹性应变能、损伤变量及声发射信号频率、能量特征及失稳破坏前兆信息进行研究。结果表明：(1)在耗散能的驱动下岩体发生损伤破坏,宏观裂纹的形成相比微裂纹的孕育、萌生需要更大的耗散能。在宏观裂纹形成时岩体储能能力丧失,弹性应变能急剧下降,损伤达到最大。(2)当细砂岩体产生小尺度损伤破裂时会伴随着高频、低能的声发射信号,当岩体裂纹扩展、贯通形成大尺度宏观裂纹时会伴随低频、高能的声发射信号产生。可将低频、高能的声发射信号作为岩体破坏的前兆信号。(3)声发射累积能量、声发射累积振铃计数的变异系数在细砂岩体临近破坏时具有响应特征,表现为变异系数的大幅突增,大幅突增点出现于岩石破坏时间的73%以上、破坏应力的60%以上,具有较好的时效性,且出现点大致位于弹性阶段末至不可逆的塑性变形阶段具有一定的物理意义,可将其变异系数产生明显增大作为岩体损伤破坏向失稳破坏转变的前兆信息。该研究可为隧道、采矿等变形历程短...     

基于声发射循环加卸载时侧压混凝土损伤特性研究

在水平单向侧压应力作用下,进行了竖向等应变步长循环加卸载的混凝土抗压性能试验。对不同侧应力状态下的外包络线、共同点轨迹线和循环加卸载全曲线进行了分析,研究了侧应力对累积残余塑性应变和刚度退化的影响,探索了混凝土在加载全过程中的能量释放特性,基于声发射事件数构建的损伤变量分析了混凝土的损伤规律。研究结果表明:①在整个循环加卸载试验过程中,声发射事件数主要集中在峰值应力以前,峰值应力以后出现较少,峰值应力后的声发射能量随侧向压应力的增大而增大;②混凝土刚度退化速度及累积残余塑性应变随侧压应力的增加而减小;③不同侧向压应力下混凝土损伤发展路径各异,侧压应力越高,损伤路径越短,水平与竖向荷载间的大小比例,决定了混凝土损伤的主导因素与损伤机制。     

基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型

针对低频疲劳荷载与孔隙水压力的耦合作用,将混凝土疲劳裂缝扩展所消耗的能量分为两部分,一部分由低频疲劳荷载提供,另一部分由孔隙水压力提供,并给出了两部分能量的计算方法。基于能量的可叠加原理,结合混凝土断裂过程中能量释放率的概念,建立了低频疲劳荷载与孔隙水压力耦合作用下混凝土的裂缝扩展模型,并通过试验数据对模型进行了验证。结果表明:当孔隙水压力为0时,模拟曲线与试验数据吻合较好;当孔隙水压力与低频疲劳荷载共同作用时,水压作用会提供闭合裂缝张开时消耗的能量,促进裂缝的扩展,导致裂缝扩展速率增大,且随着孔隙水压力的增大,裂缝扩展速率增加,混凝土疲劳寿命降低。     

单轴压缩盐岩声发射特征及损伤演化探讨

为了探究盐岩压缩变形破坏过程中,声发射现象与内部损伤的相关关系,利用四川大学MTS815岩石力学试验系统,对云南安宁盐岩进行单轴压缩试验,分析了盐岩声发射特征。依据损伤理论,得到了基于声发射参数的盐岩的损伤演化模型,并引入修正系数对其进行理论修正,分析损伤终值对损伤本构模型的影响。研究结果表明:盐岩的声发射(acoustic emission,简称AE)振铃计数率和能量率在弹性极限附近达到最大值,之后呈现高频低幅值的声发射现象;基于声发射的盐岩损伤变量值在压缩变形前期增加较快;基于AE累计振铃计数得到的损伤值<基于AE累计能量计算得到的盐岩损伤值;修正后的声发射损伤理论模型曲线与试验曲线全过程吻合较好,能够较好地反映盐岩内部损伤演化过程;振铃计数参数模型比能量参数模型能更好地模拟盐岩的损伤演化特征。     

基于P-D-ε曲线的混凝土疲劳累积损伤分析

文章以三个基本假设为基础，定义了描述混凝土在疲劳荷载下损伤与应变概率关系的P－D-ε曲线，对大量试验数据分析发现：给定损伤量下的疲劳变形较好的服从三参数Weibull分布，进而得到了混凝土的P－D－ε曲线，据此可求得不同存活率下的损伤阈值应变ε^th极限应变ε^f以及损伤量与疲劳变形的关系式，将其作为损伤，破坏和损伤量大小评定的标准。     

高应力等幅循环加载对橡胶混凝土力学及变形特性的影响

为研究橡胶混凝土在反复荷载条件下的力学及变形特性变化,对5组(橡胶掺量为0%,5%,10%,15%,20%)30个混凝土试件进行50次高应力等幅循环加载和单轴压缩试验,分析不同橡胶掺量的混凝土循环加载前后单轴力学特性变化及循环加载过程中的变形情况。结果表明:随橡胶掺量增加,试件峰值应力、弹性模量随之下降,峰值应变增加;循环加载过程中,橡胶混凝土(RC)的总应变、弹性应变、塑性应变曲线均显著高于普通混凝土(NC),但相对应变极差小于NC,表现出较好的延展性和稳定性;循环加载处理后,NC峰值应力和弹性模量劣化程度最大分别达到11.0%和36.8%,RC对应指标的劣化程度随橡胶掺量增加而减小;采用功效系数分析综合评价各组混凝土力学性能,顺序为RC-1>RC-2>RC-4>RC-3>NC,得到橡胶最佳掺量为5%~10%。研究成果可为橡胶混凝土在工程中的应用提供理论依据。     

水工金属结构及混凝土结构中声发射信号幅值衰减特性

为了研究水工金属结构及混凝土结构中声发射信号衰减特性,采用铅芯折断作为声发射模拟源,绘制了某压力钢管和某大坝混凝土结构中声波幅值-距离的衰减曲线。结果表明,水工金属结构和水工混凝土结构中声发射信号幅值衰减整体都满足对数衰减模型;水工金属结构中衰减曲线具有明显的远场区和近场区分界线;水工混凝土结构中声发射信号幅值衰减更快,但没有明显的远场区和近场区分界线。幅值衰减特性可以为后续水工金属结构和混凝土结构声发射检测提供数据基础和参考指导。     

带裂缝混凝土轴拉力学性能及Kaiser效应试验研究

为了解带裂缝混凝土在轴拉荷载作用下的力学特性和在变幅循环荷载作用下声发射Kaiser效应,设计了3种带不同初始缝长的混凝土轴向拉伸试验,详细分析了初始缝长对混凝土轴拉强度、断裂韧度、弹性模量等力学参数和声发射Kaiser效应的影响。结果表明:随着初始缝长的增加,混凝土弹性模量保持不变,断裂韧度逐渐增加,轴拉强度与初始缝长呈线性递减关系;在变幅循环荷载作用下,混凝土表现出明显的Kaiser效应,随着荷载水平的提高,Kaiser效应逐渐减弱;当缝高比小于0.4时,Kaiser效应随初始缝长的增大逐渐增强;Kaiser效应本质上是由混凝土内部损伤程度决定的。此外,混凝土轴拉强度的大小会影响其在低荷载水平作用时声发射信号的强弱,据此可判断混凝土试件强度的高低。     

橡胶自密实混凝土基本力学性能试验研究

通过立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量的试验,研究了不同类型、不同掺量的橡胶及Na OH溶液预处理方式对自密实混凝土的基本力学性能的影响。试验分析结果表明:随着橡胶掺量的增加,橡胶自密实混凝土变形能力随之提高,极限荷载下破坏形态呈现塑性破坏;但橡胶自密实混凝土的强度与弹性模量也均随之呈非线性下降,其下降的幅值与橡胶的类型及是否经Na OH溶液预处理等有关;掺入橡胶粉、细橡胶颗粒可提高橡胶自密实混凝土的拉压比、而掺入粗橡胶粉则对橡胶自密实混凝土的拉压比无影响。而橡胶颗粒通过Na OH溶液浸泡预处理,虽能提高橡胶颗粒与水泥净浆的黏结强度,但并不总对橡胶自密实混凝土的强度有贡献,其作用与橡胶的品种有关。     

渐增幅往复荷载作用下普通及橡胶自密实混凝土力学特性试验研究

考虑到混凝土梁在实际使用过程中所受往复荷载的振幅变化特点,本文设计了一种渐增幅加载工况,改变橡胶颗粒掺量(0,10%,20%,30%),对普通和橡胶自密实混凝土矩形梁在四点弯拉渐增幅往复荷载下的应变规律进行探究。试验结果表明,试件疲劳寿命离散性较大,与橡胶颗粒掺量间没有明显的规律可循,但该工况下普通和橡胶自密实混凝土均呈现以下变形特征:在加载达到最后两级S_(f-1)和S_f时,自密实混凝土应变增长速率明显加快;在加载级S_(if)段,应变变化呈现"两阶段"特点,到加载级S_f段,应变变化呈现"三阶段"特点;随加载级数增加,应变的近对数增长阶段持续时间越短,准线性增长阶段持续时间越长。