基于声发射技术的混凝土动态劈拉试验研究

为了研究混凝土材料在受拉状态时的动态力学性能,采用新型动态无损检测声发射技术进行了不同加载速率下(10^-5/s ,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)混凝土劈拉试验,根据实时采集的声发射数据建立了不同加载速率下应力及同步声发射参数与时间的对应关系,并在此基础上分析了混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及规律。结果表明混凝土在劈裂抗拉破坏过程中不具有典型的三阶段特征,加载前期产生的声发射信号较微弱,材料达到峰值应力时能量信号突然急剧上升;采集的声发射数据能真实地反映混凝土劈拉破坏特性。     

基于声发射参数的不同级配混凝土动态劈拉试验研究

对不同级配(二级配、三级配、四级配)的混凝土在不同应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)下进行了劈拉试验。对混凝土劈拉强度及轴向应变进行了深入分析,并利用实时采集的声发射数据分析了大体积混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及破坏规律。结果表明:随应变速率的增加混凝土劈拉强度呈增加的趋势,混凝土级配越高劈拉强度变化的奇异性越大;混凝土劈裂抗拉破坏过程不具有典型未裂阶段、裂缝阶段和破坏阶段的3阶段特征,加载前期产生的声发射信号较微弱,材料达到峰值应力时能量信号突然急剧上升;采集的声发射数据能较真实地反映混凝土劈拉破坏全过程。     

有侧压混凝土动态劈拉力学性能试验研究

为模拟混凝土结构在地震等动态荷载作用下的真实应力状态,进行不同侧压力下的混凝土动态劈拉试验。对混凝土劈拉强度、峰值应变、弹性模量等力学性能与应变速率、侧压力之间的变化规律展开深入的分析,并基于统计分布理论改进了Mazars劈拉本构模型。研究结果表明,侧压力作用下混凝土劈拉受荷的力学性能仍具有率效应,应变速率和侧压力的增大均会引起混凝土劈拉强度与劈拉弹性模量的提高,混凝土动态峰值应变会随侧压力增大呈现出先减小后增大的变化规律。改进后的本构模型对不同侧压力下的混凝土动态劈拉应力-应变曲线拟合效果都很好,其中上升段拟合参数c值受应变速率与侧压力的双重影响,而下降段拟合参数A_T和B_T值则主要由试验条件决定。与其他学者的数据进行拟合比较,可以发现该模型具有很好的适用性。     

灰岩单轴压缩过程中干燥与饱水状态对声发射特征的影响

为探究水岩耦合条件下的声发射规律,通过开展干燥与饱水灰岩单轴压缩条件下的声发射监测试验,并结合快速傅里叶变换、短时傅里叶变换与离散小波变换这3种常用的声发射信号分析方法,对比分析了干燥与饱水灰岩的时域参数、频率特征与典型破裂信号的时频特征。结果表明:水对于岩石的变形破坏特征影响显著,相对于干燥状态,饱水试样的单轴抗压强度下降明显,且幅值、能量以及振铃计数等基本时域特征参数均呈现出大幅降低的特点;岩样破坏前,干燥与饱水灰岩都表现出由“高主频、低幅值”向“低主频、高幅值”过渡的总体变化趋势;干燥岩样破坏前主频值高于饱水岩样,完全破坏后却低于饱水岩样,主频下降幅度大,而饱水岩样的主频值波动较小,频率较为稳定。研究结果对于工程尺度的防突机构声发射监测具有一定的参考价值。     

冻融混凝土基于声发射技术的单轴动态劈拉损伤特性研究

为了研究混凝土冻融劣化后的动态劈拉损伤特性,对历经 0、10、20、30、40 次冻融后的混凝土进行应变速率为 10 － 5 / s、10 － 4 / s、5 × 10 － 4 / s、10 － 3 / s 的单轴劈拉试验,分析了冻融循环次数和应变速率对混凝土劈拉强度和吸能能力的影响,并利用声发射技术分析了劈拉破坏过程中混凝土损伤发展情况。结果表明: 随应变速率增大,劈拉强度线性增大; 随冻融循环次数的增加,劈拉强度线性减小; 随应变速率的增大,混凝土吸能能力增大; 随冻融循环次数的增加,混凝土吸能能力减小; 实时采集的声发射信号可用来描述混凝土劈拉破坏过程; 混凝土劈拉损伤均随应变速率和冻融循环次数的增大而增大,当应变速率为 10 － 3 / s 时的斜率缓慢增加到累计能量的 10% 左右,当加载应力为峰值应力的 80% 左右时,试件内部能量急剧释放,试件迅速破坏。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

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。     

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。     

不同强度混凝土声发射特性对比试验研究

基于声发射技术对不同强度混凝土断裂过程进行监测,试验得出了混凝土断裂全过程P-CMOD曲线以及声发射参数历程图.结果表明,声发射参数历程图的基本形态随强度的变化不大,撞击计数、振铃计数随着荷载的变化规律基本一致,能量计数均呈现多峰值特性.但随着强度的提高,声发射参数历程图在起裂时刻和峰值时刻存在一定的差异,强度越高,声...     

带初始损伤混凝土的动态抗压性能研究

对65个直径为68 mm的混凝土圆柱体试件进行试验分析,系统研究了不同初始损伤程度的混凝土试件在冲击荷载作用下的动态抗压特性。通过对混凝土试件预加不同的静态荷载,从而在试件内产生不同程度的初始损伤;利用SHPB设备进行不同速率下的冲击试验,研究初始损伤程度对混凝土动态抗压强度、应力应变关系以及破坏模式的影响。试验结果表明,初始损伤对混凝土动态抗压强度产生重要影响,其影响程度与混凝土试件的初始损伤程度密切相关,损伤程度在阈值以下时对混凝土的动态抗压强度影响较小,超过阈值时影响显著;随应变率增加,带损伤混凝土的动态抗压强度显著提高;含水率的增加降低了带初始损伤混凝土动态抗压性能。基于试验结果,提出了综合考虑初始损伤程度影响和应变速率效应的抗压强度预测模型。     

南水北调东线工程水工混凝土抗拉强度的长期性能研究

通过劈拉强度试验研究了南水北调东线宝应站工程水工混凝土抗拉强度在180d龄期内的增长趋势，初步探讨了粉煤灰掺合料和低掺量合成纤维对水工混凝土抗拉强度的影响。研究结果表明，掺人合成纤维不仅减少了混凝土的早期缺陷，而且有利于混凝土后期抗拉强度的持续增长。粉煤灰与合成纤维复掺对混凝土抗拉强度的提高具有显著的双重复合效应。     

再生混凝土吸水率与强度的相关性研究

为研究再生混凝土吸水率与强度的相关性,选用5~20 mm的再生粗骨料取代天然粗骨料,以再生粗骨料取代率为10%～100%(每10%为一组,共取10组)、3种不同水胶比(0.3,0.4,0.5)的再生混凝土设计试验方案,并选用普通混凝土(取代率0%)作为对照组。在试验组和对照组共同试验的情况下,探讨养护龄期、取代率、水胶比对再生混凝土吸水率与强度的影响规律。结果表明:当取代率保持在≤50%范围内,用再生粗骨料制作的混凝土抗压强度高并且吸水率较低;再生粗骨料取代率在20%附近时,再生混凝土吸水率最低,劈拉强度最高;再生混凝土吸水率和抗压强度这2个检测指标间存在对数关系;再生混凝土和普通混凝土的劈拉强度与吸水率之间也呈幂函数关系。以上结论为检测混凝土强度提供了新的思路和方法,在实际工程中具有重要的指导意义。     

聚丙烯纤维对补偿收缩混凝土力学性能的影响

为了探究聚丙烯纤维对补偿收缩混凝土的强度和限制膨胀率的影响规律,通过对不同聚丙烯纤维掺量的补偿收缩混凝土与基准混凝土的对比试验,测出了不同聚丙烯纤维掺量下的补偿收缩混凝土的强度和限制膨胀率值。与基准混凝土测得的强度和限制膨胀收缩率值对比,得出了能使补偿收缩混凝土达到最大膨胀率和最大劈裂抗拉强度的聚丙烯的最优掺量为1.575 kg/m3,同时随聚丙烯掺量增加,补偿收缩混凝土的强度和限制膨胀率先增大后减小。     

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。     

混凝土直拉、劈拉、弯拉强度关系的试验与仿真研究

为研究混凝土直拉、劈拉、弯拉强度关系,本文采用静动力试验和数值仿真方法进行对比研究。静力试验中使用液压伺服机完成轴向拉伸、劈裂抗拉和弯曲试验,得到3种抗拉强度关系。试验结果表明直拉强度和劈拉强度相近,低于弯拉强度,符合基于大量试验结果总结的经验关系。数值研究基于混凝土细观颗粒元模型对不同抗拉强度进行仿真,数值结果和试验结果符合良好,并证明受拉断面受力不均匀是弯拉强度高于直拉和劈拉强度的原因。此外,基于该模型进行不同速率的动力加载,得到直拉、劈拉和弯拉强度的率效应——动力增强系数,并和相应的动力试验结果进行了对比。弯拉强度的应变率效应高于直拉和劈拉强度,原因是在动力弯曲试验中动能、摩擦能等其他耗能大幅增加。