基于声发射技术的含初始缺陷混凝土破坏分析

初始缺陷对混凝土的变形和破坏特性有着重要的影响。本文对含有不同尺寸、不同倾斜角度初始缺陷的混凝土试件进行单轴压缩试验,并基于声发射技术分析混凝土的变形和破坏特性。试验结果表明：（1）与完整试件相比,含有初始缺陷的混凝土试件对应的峰值应力和峰值应变均减小,应力应变曲线在加载初期表现出较为明显的上凹趋势,卸载段曲线更为平缓,但是残余强度的变化没有明显规律。（2）含有初始缺陷的混凝土试件破坏过程可分为4个阶段：裂缝萌生、扩展、聚结、贯穿破坏。（3）当初始缺陷的倾斜角度为0°和90°时,混凝土试件主要以拉伸破坏为主,当初始缺陷的角度为30°、45°和60°时,混凝土试件沿着初始缺陷方向发生剪切破坏。     

E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料输电杆塔拉杆的疲劳性能试验

研究了E玻璃钢纤维环氧树脂基复合材料输电杆塔结构中拉杆的疲劳性能。采用升降法测定试件条件疲劳极限荷载,分析了试件的条件疲劳极限荷载和位移。试验结果表明,在105次循环荷载作用下,试件疲劳极限应力为246.75 MPa;试件位移幅值随加载次数增加而增加,各试件疲劳试验过程中位移幅值为3.8~4.9 mm;由于试件连接处强度小于复合材料本身强度,试件疲劳破坏均为连接处破坏,设计时应重点考虑连接处强度是否满足疲劳要求。     

混凝土断裂韧度KⅡC的试验研究

采用国际上新近提出的两端切口Ⅱ型断裂试件,开展混凝土Ⅱ型断裂试验。试验观测到裂缝起裂角θ0约为0°,且沿韧带方向扩展;裂缝尖端韧带出现具有典型剪切特征的混凝土碎片,表明发生了剪切破坏模式。由试验测定的曲线上的特征点确定临界荷载Pc,进而由此试件几何相应的应力强度因子公式计算出混凝土Ⅱ型断裂韧度KⅡc约为KⅠc的2倍多。试验结果表明,两端切口Ⅱ型断裂试件是进行混凝土Ⅱ型断裂试验及测试混凝土KⅡc合适的试件形式。     

基于声发射技术的含裂纹石膏试件破坏分析

受压条件下岩体破坏规律是岩石力学的重点课题之一。本文采用含裂纹石膏试件模拟天然裂隙岩体,分别对不含预制裂纹,含0°、30°、45°、60°、90°预制裂纹的石膏试件进行单轴压缩试验,运用声发射和波速监测技术研究其破坏特性和损伤机制。对声发射信号进行了频谱分析,揭示了石膏材料主频在500 kHz以下,而噪声信号主频在500 kHz以上的特点,基于此进行了去噪;设定参数HPS评价声发射强度,把预制裂纹试件的破坏模式归类为3类：压碎（0°）、压剪（30°、45°、60°）和劈裂（90°及无裂纹）;提出利用多元回归分析改进声发射时差定位算法,取得了良好的定位效果;采用纵横波波速监测方法,形象地展示了石膏试件裂纹扩展时的声波波速动态演化过程。本文为基于声发射与波速监测技术的岩体受压破坏规律研究提供了一次有意义的探索。     

超期服役钢筋混凝土电杆抗弯承载能力研究

对广西电网220 kV西南线运行近50年的混凝土电杆进行了健康状态检测,对3根环形截面混凝土电杆杆段和6个钢板接头试件进行了抗弯试验,以研究超期服役钢筋混凝土电杆的抗弯承载力。通过试验观察各个试件的受力全过程和破坏形态,获取荷载-位移全过程曲线、开裂荷载、极限荷载、裂缝发展形态及宽度等重要参数。在试验基础上,对该类结构杆件的破坏机理和承载能力计算方法进行了分析。结果表明:钢筋混凝土电杆在服役近50年后,混凝土基本上完全碳化,钢筋已锈蚀,钢板环箍接头锈蚀严重,试验破坏形态均表现为典型的受拉破坏,接头承载能力强于杆身承载能力。研究结果可为超期服役混凝土电杆健康状态评价、安全性评估、剩余寿命预测和输电资产优化管理等提供科学的借鉴和依据。     

格构式复合材料电杆结构设计及承载性能分析

根据沿海台风地区气象条件,计算了大风工况下格构式纤维增强复合材料（FRP）电杆的设计荷载,确定了电杆结构布置型式和杆件规格。考虑服役周期内结构大变形和FRP老化的影响,采用通用有限元软件ANSYS完成了格构式FRP电杆结构分析;与承载性能相同的常规混凝土电杆相比,单根电杆重量可降低60%以上。为验证格构式FRP电杆的承载性能,完成了90°大风100%设计荷载工况和超载工况下的电杆结构真型试验,获得了沿高度方向的杆身位移和典型构件断面的应变,并与有限元计算得到的杆顶位移和主材断面应力进行了对比分析。研究结果表明,格构式FRP电杆杆件在250%设计荷载内均处于线弹性阶段,其中主材断面应力最大值159.8 MPa,低于FRP材料的屈服强度300 MPa;有限元计算得到的杆顶位移和主材断面应力与试验结果基本一致,当加载至约260%设计荷载时,FRP电杆根部侧面加固板孔壁发生剪切破坏。     

CFRP加固混凝土梁断裂特性的试验研究

本文通过混凝土三点弯曲梁的外贴碳纤维布(CFRP)加固试验,研究外贴CFRP对混凝土梁断裂特性的影响.试验通过在混凝土表面粘贴应变片法监测混凝土的起裂,由夹式引伸仪测得荷载.裂缝口张开位移曲线,发现该曲线除混凝土起裂点外,还存在另外两个临界点.在此基础上,基于虚拟裂缝模型计算了三个临界点的应力强度因子.试验结果表明,外贴CFRP加固混凝土梁能明显提高梁的极限承载力和延性;减小梁的挠度,同时可延缓混凝土裂缝的扩展.另外,计算分析得到的三个临界点的应力强度因子无明显尺寸效应,可以用来表征CFRP加固混凝土梁的断裂特性.     

输电铁塔构件的夹具式与打孔连接式加固方法的试验研究

由于输电设备的更新升级对输电杆塔提出了特定的结构承载力要求,我国现存的输电杆塔结构亟待合理的改造和加固。输电杆塔主材一般采用不加固原截面形式、夹具连接形式、十字板打孔连接形式、一字板打孔连接形式这4种连接形式。本文采用21组试验工况进行了主材角钢的轴心受压静力加载试验,得出了加固后主材角钢的荷载-位移曲线、极限承载力以及荷载-应变曲线;并通过与未加固构件承载力的对比,研究了连接形式、加固位置、加固点数量对加固效果的影响。     

钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切性能试验研究

采用Z型粘结试件直接剪切试验,研究钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切性能.分析了新混凝土钢纤维体积率、界面粗糙度、界面剂种类等对粘结面剪切性能的影响,得到了粘结面剪切应力-剪切滑移曲线.结果表明,钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切强度随界面粗糙度的增大而增加;不同的界面剂对粘结剪切强度有不同的影响;钢纤维改善了新老混凝土粘结面的剪切变形性能,在钢纤维体积率的一定范围内,随钢纤维体积率的增加,钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切强度、相对剪切极限变形均不断增加.在试验基础上,提出钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切应力-位移关系式和钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切强度的计算式.     

基于碳纤维混凝土(CFRC)机敏性的三点弯曲梁断裂参数试验研究

针对纤维混凝土软化过程无固定模型和Ⅰ型断裂研究较少的现状,本文利用碳纤维混凝土的机敏性捕捉到了三点弯曲梁试件的起裂荷载。引入双K断裂准则计算了碳纤维混凝土的起裂韧度KUC^ini和失稳韧度KIC^un,认为利用双K断裂准则可以更有效地解释纤维对混凝土的增韧作用。通过对电阻变化率与荷载、挠度和裂缝口张开位移（CMOD）关系的分析,认为碳纤维混凝土机敏性可以较好地应用到三点弯曲梁Ⅰ型断裂的研究中,电阻变化率与荷载、跨中挠度和裂缝口张开位移（CMOD）的关系能较好地符合洛仑兹曲线的关系,该关系可以反映试件在峰值荷载前的弹性变形阶段、裂缝稳定开裂阶段和裂缝失稳开裂阶段。     

纤维高强混凝土抗剪性能影响因素的研究

通过 8 4个 10 0mm× 10 0mm× 40 0mm高强混凝土和纤维高强混凝土梁式试件的试验 ,研究了纤维类型、纤维掺量等因素对高强混凝土抗剪性能的影响。研究表明 ,纤维对高强混凝土的抗剪性能有显著的影响 ,随着纤维掺量的增加 ,纤维高强混凝土在剪切荷载作用下的变形性能得到明显改善 ,初裂抗剪强度和极限抗剪强度大幅度提高 ,钢纤维比聚丙烯纤维对高强混凝土抗剪性能的改善效果好。     

双温工艺瞬时液相连接T91钢

采用双温工艺进行了T91钢的瞬时液相连接,研究了其与传统单温工艺下接头组织、成分分布的差别。结果表明,1230℃接头组织不同于母材,连接界面为非平面状;1260℃接头连接区域变窄,晶粒粗大,并出现了小的孔洞,仍存在连接界面;1260～1230℃双温工艺接头晶粒变小,组织连续均匀生长。接头拉伸断在母材,弯曲180°不断,性能达到母材水平。双温工艺打破了传统单温工艺的平衡凝固过程,消除了平衡结晶产生的平直界面,实现了无界面连接。     

HR3C/T91异种耐热钢焊接接头的力学性能及界面蠕变失效行为研究

针对新型奥氏体不锈钢HR3C与细晶粒强韧马氏体耐热钢T91异种钢焊接接头,采用手工氩弧焊接工艺、高温加速模拟、高温持久和常温力学性能试验研究HR3C与T91异种钢焊接接头的力学性能变化、高温强度、界面蠕变损伤及破坏特征.研究结果表明,焊前预热448 K,焊后不进行热处理条件下,接头的力学性能优异.加速模拟运行3004 h后,接头的力学性能仍然良好.而加速模拟运行5012h后,HR3C/T91界面发生了蠕变失效,蠕变裂纹在管接头内表面焊缝/T91界面形核、扩展,然后在管接头外表面T91的临界热影响区内发展,最后导致接头蠕变失效.拉伸和弯曲试验过程中,接头的强度和塑性下降严重,断裂位置均在焊缝/T91界面区域.因此,焊缝/T91界面容易发生早期蠕变失效.     

纳米粒子和钢纤维增强混凝土断裂能研究

为了研究纳米SiO2、钢纤维和预切口小梁试件相对裂缝深度对钢纤维增强纳米混凝土断裂韧性的影响,通过三点弯曲试件断裂试验,测得了试件的断裂能以及竖向荷载与裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移的关系曲线。试验结果表明：钢纤维和纳米SiO2在一定掺量范围内可使混凝土的断裂能提高;当纳米SiO2掺量小于5%时,试件断裂能随着纳米粒子掺量的增加而逐渐增大,而当纳米SiO2掺量超过5%后,试件断裂能随纳米粒子用量增大而逐渐下降;掺纳米粒子混凝土的断裂能随着钢纤维体积掺量的增加逐渐增大,当纤维体积掺量超过2%后又逐渐减小;三点弯曲断裂小梁试件相对切口深度对断裂能有较大影响,随着相对切口深度的增大,试件断裂能逐渐减小。     

混凝土静动力破坏过程的CT细观试验研究

X射线CT是无损探测混凝土内部细观裂纹萌生、扩展、贯通的有效手段。本文利用自行研发的CT试验加载系统,分别对静力和动力作用下混凝土细观破裂过程进行实时CT扫描观测,得出试件裂纹的开裂、扩展、贯通的全过程CT图像。通过对试验成果的分析,研究试件在静力和动力作用下的破坏过程,根据荷载位移曲线,得出试件的破坏强度,从CT图像和CT数发现静力加载时破坏面追随结构软弱面向前发展,最后贯通试件破坏;动力加载作用下细观裂纹生成和发展速度快,裂纹追随能量释放最快路径发展,穿过骨料现象增多,强度得到充分发挥,导致动态强度增大。从细观上反映了混凝土静力和动力破损的特点。为研究混凝土材料不同应力状态时的强度差异提供了一定的试验依据。     

海岛输电塔线体系风振响应及易损性分析

以温州洞头海岛3572线新建的单回路猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象,对输电塔的抗风性能评估展开研究。首先,采用ANSYS软件建立输电塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展单塔和塔线体系的动力特性理论分析。随后根据台风风谱,采用谐波叠加法,生成具有台风特性的脉动风速时程。对塔线体系进行风振响应分析,了解塔线体系在设计风速作用下的塔身响应。最后考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本;通过谐波叠加法模拟生成80组具有台风特性的脉动风速时程。将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行80组塔线体系的风振响应分析。对风振响应结果进行回归分析,得到考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性分析,确定输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到0°（顺线路）、90°（横线路）风向角工况下轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。研究表明,55 m/s极值风速作用下,横线路...     

青藏联网工程冻土地基装配式基础载荷试验研究

为评价青藏交直流联网工程冻土地基杆塔基础稳定性,进行了粗粒冻土地基装配式真型基础在竖向上拔与水平荷载或下压与水平荷载共同作用下的载荷试验,试验基础施工采取与工程基础尺寸、施工工艺和时期一致的原则,根据试验结果,分析了基础极限及破坏状态,研究了荷载与位移关系曲线特征及承载特性,求得试验基础的承载能力及“土重法”上拔角等设计参数的取值。试验研究结果表明,试验荷载作用下粗粒冻土装配式基础因水平位移过大而失稳,荷载与位移关系曲线表现为非陡降型,活动层冻结状态时地基强度及基础承载性能优于融化状态,粗粒冻土地基上拔角大于13°,装配式基础承载力满足设计要求。     

上覆浅层黏土的嵌固式岩石基础上拔试验研究

针对西南地区典型上覆浅层黏土岩石地基,进行现场真型嵌固式岩石基础上拔试验,得到基础上拔荷载-位移曲线、上拔荷载-基础边缘土体隆起位移曲线及水平荷载-位移曲线,分析了岩石基础的承载力特性及地基岩土体的破坏特征;根据试验上拔极限承载力,反推出考虑上覆浅层黏土岩石等代极限抗剪强度取值,并采用极限平衡理论验算基础的稳定性,得出与现场试验结果基本吻合的结论。同时,通过与三种常规基础进行技术经济指标比较分析,得出嵌固式岩石基础经济效益优势明显且对自然环境影响破坏小,属于经济、环保型基础,用于西南山区岩石地基的输电线路中可行。     

锅炉末级过热器T92/HR3C异种钢接头断裂原因分析

介绍了某超超临界锅炉高温过热器T92/HR3C异种钢焊接接头发生的一种较罕见的断裂失效形式,通过对失效试件断口形貌特征、胀粗管段的硬度分布规律及金相组织进行试验分析.并结合失效试件的制造工艺和运行工况进行原因分析,推断焊后热处理工艺控制不当导致T92侧母材金相组织异常和力学性能下降是导致异种钢过渡段发生胀粗和断裂失效的...     

05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头疲劳性能试验分析

采用四点弯曲疲劳试验方法,测试了汽轮机低压末级动叶片05Cr17Ni4Cu4Nb钢焊接接头的疲劳性能,绘制了该接头的S-N曲线,并与钢母材进行了对比.结果表明:采用优化的焊接、热处理工艺,05Cr17Ni4CuNb钢焊接接头的条件疲劳极限可以达到母材的90％以上;焊缝表面或近表面的显微缺陷及接头的组织不均匀性是影响该焊接接头疲劳性能的主要因素,严格控制焊接工艺、减少焊缝显微缺陷、防止热影响区晶粒过度长大是提高叶片焊接接头疲劳寿命的重要措施.