三轴受压粉煤灰陶粒轻骨料混凝土力学性能试验

以粉煤灰陶粒轻骨料浸泡时间、强度等级、侧向围压为变化参数,共设计120个粉煤灰陶粒轻骨料混凝土试件进行常规三轴受压试验,研究其在三轴应力状态下的力学性能。试验观察了轻骨料混凝土的破坏过程及破坏形态,获取了三轴受力状态下的应力-应变全过程曲线,分析了各变化参数对其三轴受压力学性能的影响规律。研究结果表明：随着围压值的增大,试件破坏由竖向劈裂破坏变为斜向剪切破坏,当围压值大于12 MPa时,试件则表现为外表无明显裂缝的鼓起破坏;应力-应变曲线受围压值影响较大,受骨料浸泡时间和强度等级的影响较小,围压值大于12 MPa后,曲线不再出现下降段;峰值应力随骨料浸泡时间、强度等级、侧向围压的增大而增大;峰值应变受陶粒浸泡时间的影响不大,随强度等级的增大而减小,随围压值的增大而增大;弹性模量随强度等级和围压值的增大而增大,受骨料浸泡时间的影响不显著。     

声发射信号检测中谐振传导杆的设计与试验研究

为了突破条件限制检测微弱声发射信号,常用检测传导杆,但信号有衰减。首次提出了采用共振理论设计声发射检测传导杆的方法,设计研制了不同材料、不同谐振长度的谐振传导杆;断铅模拟声发射信号的试验表明,谐振传导杆对声发射信号具有幅值放大和带通滤波功能,其效果与传导杆的材料和结构尺寸有关。     

断铅试验声发射信号处理与损伤源定位研究

以断铅试验为例模拟材料的断裂损伤事件,进行声发射特征参数和损伤源定位的试验研究,采用小波变换对声发射信号进行分解和重构。结果表明:声发射计数、能量和有效值对断铅具有较高的检测灵敏度;仅依据声发射幅值并不能判断铅芯断裂释放的声发射信号能量的高低。采用4层小波变换将断铅声发射信号分解到不同的频率段并进行重构,将高频接触摩擦信号和低频噪音信号滤除,能准确提取铅芯断裂特征信息。通过布置多个传感器对断铅位置进行定位的方法完全可行,时差线定位偏差不超过10 mm。     

GFRP-钢筋混合配筋混凝土板的抗爆性能

混合配筋混凝土结构将钢筋和纤维复合材料(FRP)筋混合配置于混凝土，可较好地解决钢筋混凝土(SRC)结构的耐久性问题和FRP筋混凝土结构脆性破坏的问题，已广泛应用于土木工程中。为了研究混合配筋混凝土板的抗爆性能，开展了不同比例距离下混合配筋混凝土板和钢筋混凝土板的非接触爆炸试验，对比分析两种板抗爆性能差异和确定混合配筋混凝土板的破坏模式。结果表明：比例距离为0.684 m/kg^1/3时，混合配筋混凝土板位移峰值比钢筋混凝土板位移峰值大19.2%，但残余变形比钢筋混凝土板残余变形小27.3%。引入爆炸恢复指数评估混凝土板爆炸恢复能力，混合配筋混凝土板爆炸恢复指数大于钢筋混凝土板，混合配筋混凝土板有着出色的爆炸后恢复能力。混合配筋混凝土板背爆面破坏出现多条竖向裂缝和板对角线处斜裂缝，而钢筋混凝土板仅出现一条较宽的竖向主裂缝，多条斜裂缝向外辐射。混合配筋混凝土板随着比例距离的减小，破坏模式从整体弯曲破坏发展为整体弯曲破坏和局部混凝土破坏并存。结合试验数据提出混合配筋混凝土板最大支座转角θ的预测公式。为混合配筋混凝土板抗爆设计提供参考。     

混凝土静态轴拉声发射试验相关参数研究

摘要：对声发射采集系统的硬件参数设置、滤噪参数设置以及声发射信号特征参数及其相关性进行了系统的试验研究。共进行了11组断铅人工激发源试验和13个混凝土试件的单轴静态拉伸试验,采用全数字化的参数-波形式声发射采集系统和三种不同型号的传感器同步采集并存储了试验过程中的声发射特征参数和波形,应用参数和波形分析相结合的方法以及波形事后提取分析等技术手段对数据进行分析。结果表明：前置放大器增益、阈值、波形采样率和采样长度、带通滤波器等有一合理参数取值;幅度、振铃、持续时间、声发射信号能量、绝对能量、信号强度这6个参数能够较好地体现混凝土轴拉损伤过程的阶段性特征;声发射幅度、振铃数、持续时间、上升时间和信号强度5个参数之间存在显著的相关性。研究成果可为采用声发射技术研究混凝土的损伤破坏过程提供参考依据。     

基于Lamb波的风电叶片复合材料声发射源定位研究

声发射波在风电叶片薄板结构中传播时产生的多模态效应及频散现象使得波速的测定较为困难,导致声发射源定位误差过大。针对以上问题,从声发射波传播的物理机制出发,利用完备总体经验模态分解(CEEMD)结合Lamb波理论对风电叶片复合材料在不同应力状态下产生的声发射波进行断铅实验研究。研究结果表明:作用于叶片薄板结构的应力方向不同,将会产生不同频率、不同声速的应力波。垂直应力主要激发出弯曲波,该波波速较低(约1 357 m/s),幅值衰减较快,频率主要集中于50 kHz左右;平行应力主要激发出扩展波,该波波速较高(约3 634 m/s),幅值衰减较慢,频率主要集中于150 kHz左右。扩展波无频散效应且衰减较慢,更加适合风电叶片薄板结构声发射源定位。     

金属薄板中导波的模态识别和波速测定

按照Lamb波理论,板内导波由多阶对称波和反对称波组成。当波长远大于板厚时,利用经典平板理论对Lamb方程进行简化,此时板内主要有零阶对称波S0和反对称波A0两种模态。认识薄板内声波模态,不仅有助于分析声源性质,提取有效信号,而且可以提高声发射检测中时差定位的准确性。利用PAC公司的Fieldcal标准信号发生器和Nielsen Hsu断铅法作为信号源在0.7 mm薄钢板上进行声波传播实验。通过比较实测波速和理论波速甄别板内的声波模态。实验发现对称波S0实测波速和理论波速比较吻合,而反对称波A0的波速由于频散而较难精确测量。综合两种模态波的波速情况,声发射检测中利用对称波速度进行声源定位计算更加接近薄壁结构声波的传播状况。     

声发射信号在圆柱型波导杆中的传播特性

选用5种长度、两种直径的圆柱型波导杆,分别在其端面圆心、圆周表面上进行断铅试验。并对比分析了不同长度、直径的波导杆对接收声发射(AE)信号的幅度、时域波形、幅频特性产生的影响。结果表明:随着波导杆长度的增加,端面圆心、圆周表面上声发射信号的幅度都有衰减趋势。其中,端面圆心处的声发射信号幅度较圆周表面上的衰减大。相同长度的波导杆,直径越大,接收到声发射信号的幅度越小;而相同直径的波导杆,长度较长接收声发射信号的时域波形图在时间轴上伸展较宽;相同长度、不同直径的波导杆,直径大的对声发射信号有频散作用。     

再生骨料混凝土性能的研究

对比从不同强度等级原生混凝土得到的再生粗骨料的物理力学性质,并以工程实际配合比为基础,研究再生骨料取代率对新拌混凝土的工作性、力学强度和抗渗性的影响。结果表明:再生粗骨料的物理力学性能差于天然粗骨料的,原生混凝土的强度越高,其再生骨料的性能越好;再生骨料取代率越大,新拌混凝土的坍落度越小,流动性越差,但是保水性和粘聚性越好;再生骨料混凝土的力学强度和抗渗性均优于原生混凝土的。     

一发三收式桩基声波透射检测技术及数值模拟分析

桩基声测管倾斜会使得桩身混凝土超声波波速计算结果出现误差,影响桩身质量检测结果,为此提出一种一发三收式声波透射检测技术。该技术通过固定各声波接收换能器的间距,根据几何关系,使用检测得到的超声波声时和接收换能器的间距,即可计算得到桩身混凝土超声波波速,使其不再依赖于超声波发射端和接收端的间距,也不再需要拟合声测管管身曲线。通过有限元软件模拟接收换能器间距和声测管倾斜程度对检测结果精度的影响,结果表明该技术可以良好地适应超声波接收换能器间距和声测管倾斜斜率的变化,稳定保持较高的波速计算精度,解决声测管倾斜、偏位时造成的声速计算误差。     

再生粗骨料含量对钢管再生混凝土粘结强度及失效性态的影响研究

为了探究再生粗骨料取代率对钢管与再生混凝土界面粘结强度及破坏机理的影响, 设计15个圆钢管再生混凝土和9个方钢管再生混凝土短柱试件, 以混凝土强度等级和长径比为变化参数分组进行取代率的影响分析. 通过推出试验, 获取荷载-滑移曲线的特征点参数, 回归得到极限粘结强度的计算公式. 从界面耗能、粘结抗剪刚度、损伤等角度分析了取代率对其内在失效机理的影响. 研究结果表明:极限粘结强度拟合公式计算值与试验实测值吻合较好;再生粗骨料取代率变化对钢管再生混凝土接触界面粘结失效过程的耗能能力影响不大;而界面弹性粘结剪切刚度却随着取代率的增加而降低;剪切刚度退化速度则相反, 随着取代率的增加而加快;再生粗骨料粘附的水泥基和内部裂纹会加快钢管再生混凝土界面的粘结损伤过程.     

型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)组合柱的轴压性能,设计了23个试件进行轴压试验,考虑了再生粗骨料取代率、箍筋体积配箍率和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件受力全过程曲线、极限承载力等重要数据,并分析各变化参数对SRRAC柱轴心抗压承载性能的影响,基于试验提出其强度计算公式。研究结果表明:SRRAC柱破坏时型钢受压屈服、再生混凝土压碎,具有良好的承载性能,各变化参数均对其承载性能有显著影响,建议再生粗骨料最优取代率为40%,该文建议强度计算公式计算值与试验结果吻合较好。研究结果可供再生混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。     

纳米改性再生骨料混凝土单轴受压疲劳性能

采用纳米二氧化硅对再生骨料混凝土(RAC)进行改性,开展了不同再生骨料取代率及纳米改性后的再生骨料混凝土单轴受压疲劳试验,研究其疲劳寿命、疲劳方程、疲劳变形规律及疲劳剩余强度,并利用纳米压痕试验从细观层面上分析探讨了纳米二氧化硅对再生骨料混凝土多重界面过渡区的影响。结果表明:再生骨料混凝土疲劳寿命均较好地服从两参数威布尔概率分布。50%保证率、0.75应力水平下,再生骨料混凝土的疲劳寿命比普通混凝土降低了25.8%,掺入纳米二氧化硅可显著提高再生骨料混凝土的疲劳寿命。对比应变演化曲线和剩余强度模型,纳米二氧化硅改性后的再生骨料混凝土,剩余强度衰减非线性规律明显。纳米二氧化硅的掺入提高了再生骨料混凝土多重界面过渡区的压痕模量,改善了再生骨料混凝土的疲劳性能。     

预应力活性粉末混凝土受弯过程声发射特性

为研究钢纤维增强活性粉末混凝土（SF/RPC）复合材料的受弯破坏微观机制,对10根试验梁进行抗弯试验研究。基于声发射技术,采用宽频传感器对试验过程中的声发射信号和波形进行了采集。分析研究了SF/RPC材料的声发射特征参数,在对波形进行信号处理的基础上对波形频谱进行了深入研究。通过传感器之间互相发射和接受信号,对SF/RPC材料的声发射波速进行了测定。同时与普通混凝土（NC）材料声发射特性进行了对比分析研究。结果表明：相同荷载作用下SF/RPC的撞击累计数远大于NC梁,声发射活跃性高于NC材料;预应力SF/RPC梁的声发射特征参数与NC梁有着明显区别,SF/RPC短上升时间段（<30 μs）的声发射撞击平均比例为64.2%,明显高于NC的比例51.2%;SF/RPC材料波形频域特性也与NC材料明显不同;荷载作用前,SF/RPC材料内平均波速为4 342.8 mm/s,NC材料内平均波速为2 337.7 mm/s。通过引入Gutenberg-Richter理论,计算了声发射信号损伤参数（b_I）,对预应力SF/RPC损伤开裂过程与b_I值的关系进行了分析研究。本研究结果为有效识别SF/RPC材料的声发射特性提供试验依据。     

基于双剪试验的铝合金板-混凝土界面粘结滑移性能研究

铝合金板具有轻质高强、延展性好、低温脆断敏感性小、耐腐蚀、易于成型等优点,可用于腐蚀及寒冷环境下的混凝土结构加固。该文基于双剪试验下的铝合金板-混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,分析了混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度对粘结界面破坏机理、剥离承载力以及界面滑移的演化规律。研究表明:加载过程中界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金板的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不会增加,同时铝合金板表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。     

骨料粒径对混凝土动态拉伸强度及尺寸效应影响分析

骨料粒径是影响混凝土力学性能及破坏机理的重要因素。从细观角度出发,将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,考虑细观组分的应变率效应,建立了混凝土动态拉伸破坏行为研究的细观力学分析模型,模拟研究了不同骨料粒径下混凝土动态拉伸破坏行为,并揭示了动态拉伸强度的尺寸效应规律。研究表明:低应变率下骨料不发生破坏,骨料粒径对混凝土动态拉伸破坏模式及拉伸强度影响显著,且拉伸强度的尺寸效应随骨料粒径的减小而削弱;高应变率下裂缝将贯穿骨料,骨料粒径的大小对混凝土动态拉伸强度及尺寸效应影响可忽略。最后,结合应变率效应的影响机制,建立了混凝土拉伸强度的"静动态统一"尺寸效应理论公式,该公式可以较好描述各骨料粒径下混凝土动态拉伸强度与试件尺寸的定量关系。     

混凝土受力状态下超声波传播特性研究

本文研究了混凝土在单轴向压力下超声波速、幅值及主频的变化规律。试验表明，波速对混凝土构件中的应力变化敏感度较低，在７０％的极限应力范围内，波速基本保持稳定。因此在工程实际中利用超声波速－强度率定曲线推测混凝土承力构件的强度时，波速无需修正。与波速相比，超声幅值衰减量对检测裂筵开展则具有较高的灵敏度。为提高超声检测的精度，本文采用波速、幅值、频率综合判断法，提出了损伤系数的概念，对混凝土的损伤程度作出定量评价，文中结果对进一步提高混凝土无损检测精度，评估混凝土结构在受力、收缩、徐变等因素影响下的损伤程度有一定的应用价值。     

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。     

稻草纤维在轻骨料混凝土中的增韧性能及劈裂抗拉强度预测模型

混凝土强度等级越高,脆性越大,此类问题在轻骨料混凝土中更为突出。采用钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等对其进行增韧,虽能取得一定效果,但对工程造价和环境的影响较显著。基于植物纤维具有来源广泛、环境友好等特点,以粉煤灰陶粒混凝土为例,探寻了稻草纤维掺量、形状、长度和粉煤灰掺量对其力学性能的影响;基于界面过渡区理论,从轻骨料混凝土拉压比、抗冲击强度角度分析了稻草纤维的增韧效果。结果表明:拉压比随纤维掺量的增加而增加,随纤维长度、粉煤灰掺量的增加而减小;纤维改性后拉压比虽出现了降低,但仍高于无纤维组;稻草纤维提高拉压比的效果与其他纤维相近,且改性后提高抗冲击强度效果显著。基于回归分析,提出了混凝土劈裂抗拉强度预测模型,验证结果表明:该模型预测值与文献试验值相对误差在7%以内;混凝土强度等级越高,预测结果越准确,该模型可用于纤维轻骨料混凝土、高性能混凝土劈裂抗拉强度的预测。     

预应力高强混凝土梁延性性能分析与试验研究

介绍了24根预应力混凝土梁的延性性能试验结果,试验梁的混凝土强度等级为C40~C80、预应力比率为0.6~1.0、配筋指数为0.17~0.32、钢绞线的延伸率为5.0%和3.6%。结合试验梁的荷载~挠度全曲线分析计算结果,研究了混凝土强度等级、钢绞线延伸率、预应力比率、配筋指数等因素对预应力混凝土梁位移延性系数和极限承载破坏形态的影响规律,提出了设计建议。