混凝土桥梁裂缝扩展过程声发射信号的分形与小波包综合分析

为量化混凝土桥梁裂缝从微观萌生到宏观扩展过程中声发射(AE)信号变化规律,开展了混凝土斜拉桥模型声发射试验研究.综合采用波形分形计算方法、快速傅里叶谱变换(FFT)、小波包分解方法,分析了试验中AE信号的分形盒维度、主频演变规律、频带能量分布特征和分形盒维度演变规律,进而研究混凝土桥梁裂缝扩展过程中AE信号分形和频谱演...     

钢纤维间距对UHPC双丝拉拔性能的影响

通过双根钢纤维拉拔试验,研究超高性能混凝土（UHPC）中钢纤维间距（2?mm、 4?mm、6?mm、8?mm、10?mm和12?mm）对钢纤维在UHPC中拉拔性能的影响,采用0.2?mm的镀铜直圆形钢纤维,制作6组双丝试件和1组单丝试件进行拉拔试验. 通过拉拔荷载-滑移曲线、平均黏结强度、钢纤维最大拉拔应力等参数,并结合扫描电子显微镜（SEM）,观察了拔出后钢纤维的微观外貌、UHPC基体的隧洞微观形态和破坏部位的微观形态,全面分析了钢纤维的间距对UHPC基体-钢纤维拉拔性能的影响. 试验结果表明：钢纤维拉拔结果具有一定的离散性;双丝拉拔试验的最大拉拔荷载小于相应单丝结果的两倍;钢纤维和UHPC基体隧洞有着不同程度的损伤,双丝试件中的钢纤维表面划痕和基体隧洞的孔洞破坏较单丝严重,单丝试件的隧洞内壁则相对完整.     

钢纤维混凝土的拉压比试验

考虑钢纤维体积率、混凝土基体强度和钢纤维类型等参数,采用标准试件150 mm×150 mm×150 mm的立方体进行抗压和劈裂抗拉试验,分析各因素对混凝土拉压比的影响.结果表明:钢纤维能提高混凝土立方体抗压强度和劈拉强度,显著改善混凝土受压和受拉破坏形态,使其保持良好的整体性;钢纤维的加入能提高混凝土的拉压比,且拉压比随钢纤维体积率的增加而逐渐加大,增幅最大达到27.4%;钢纤维混凝土的拉压比随基体强度提高而减小,但对比素混凝土降幅明显减小;波纹形钢纤维和端钩形钢纤维均能提高混凝土的拉压比,波纹形钢纤维优于端钩形钢纤维,而螺纹形钢纤维最差,降低了混凝土的拉压比.     

超高性能混凝土轴心受拉力学性能试验研究

为了研究钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴心受拉力学性能的影响,设计、制作了纤维掺量为0%~5%的6组8字型单轴受拉试件,标准养护28d后进行单轴拉伸试验,得到了不同纤维掺量UHPC单轴受拉应力-应变全曲线;分析了钢纤维掺量对UHPC抗拉强度、峰值应变以及受拉韧性的影响.试验结果表明:在不影响UHPC工作性能的前提下,纤维掺量可达到5%,其抗拉强度为8.50MPa,对应的应变为1 619με;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的抗拉强度、峰值应变、抗压强度以及受拉韧性均逐渐提高.最后依据试验数据建立了UHPC单轴受拉本构方程.试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考.     

钢纤维对超高性能混凝土徐变损伤与失效行为的影响

为探明钢纤维对超高性能混凝土（UHPC）在高持久应力作用下的损伤与失效的影响，采用28天龄期的UHPC与普通混凝土试件开展了徐变损伤与失效试验。测试了各个试件加载全过程的轴向与环向应力应变，分析了其破坏模式、残余应变、徐变应变与名义泊松比。结合超声波无损检测与扫描电子显微镜手段，分析了UHPC内部微裂缝扩展与钢纤维与水泥基体的黏结损伤。结果表明：高持久应力的作用会导致UHPC与普通混凝土试件内部微裂缝扩展，引发构件横向膨胀，并最终导致构件破坏。UHPC中钢纤维的桥接约束效应可以很好地控制内部微裂缝扩展，从而限制了构件的横向膨胀。在持荷加载前，UHPC与普通混凝土具有类似的泊松比（0.18～0.19）；在持荷破坏时，UHPC的最大泊松比为0.28，而普通混凝土的最大泊松比达到0.6。当持久应力水平超过0.70 fc时，徐变损伤开始出现，具体表现为循环加载的强度与弹性模量下降。随着持久应力水平的提升，钢纤维与水泥基体的黏结出现损伤，钢纤维无法约束试件内部微裂缝的扩展，从而进一步加剧了试件损伤，甚至导致了试件的破坏。     

低掺量下钢纤维混凝土抗拉和抗折性能试验研究

为研究低掺量下钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响,以钢纤维体积掺量、钢纤维类型、混凝土基体强度等级为主要参数,进行了钢纤维混凝土立方体劈裂抗拉标准试验以及小梁抗折标准试验研究.结果表明:钢纤维的掺入对混凝土劈裂抗拉强度以及抗折强度有显著提高,钢纤维体积掺量为0.9%时,劈裂抗拉强度提高37%,抗折强度提高18%;钢纤维的掺入显著改善了混凝土抗拉及抗折破坏形态,试件破坏后整体性较好;波纹型钢纤维和端钩型钢纤维的劈裂抗拉性能及抗折性能要优于螺纹型钢纤维.     

不同形状钢纤维对UHPC受拉性能影响的试验研究

钢纤维对UHPC基体的增强增韧作用,受到其材料、形状、尺寸和掺量等因素的影响.本文采用优化设计后的狗骨试件尺寸,以目前应用最多的圆直钢纤维和弓形钢纤维为对象,对UHPC材料进行单轴拉伸试验研究,并与抗折、劈裂强度试验结果进行对比分析;分析在钢纤维体积掺量为2%的情况下,单掺不同形状圆直钢纤维和弓形钢纤维对UHPC基本材料性能的影响,并分析纤维增强系数和长径比之间的关系.掺有钢纤维的试验组,随纤维长径比的增大,应力-应变曲线中的弹性段峰值点增大,硬化段增长,软化段变得平缓,曲线所包围面积也增大.掺弓形钢纤维试验组曲线下降段呈现锯齿形.掺量相同时,圆直长纤维对轴拉强度、极限应变、弹性模量的提高效果明显,短纤维对初裂强度的提高效果明显.弓形钢纤维增强的UHPC,随纤维长径比的增大,其轴拉强度、极限应变、弹性模量和断裂能增强,其初裂强度递减.纤维增强系数和其形状、长径比有关.     

配筋UHPC板抗弯性能实验研究

开展8组共16个配筋UHPC板的四点弯曲实验,讨论配筋率、钢纤维掺量和板厚等对其破坏模式、开裂、极限荷载、荷载位移曲线等的影响,初步优化钢筋的配置方式、配筋率、钢纤维掺量等.结果表明,配筋UHPC表现出优越的抗裂性能;破坏过程为下层先弯拉开裂、钢筋屈服,随之钢纤维部分拔出,直至UHPC压碎,最终达到极限荷载;裂缝分布主要集中在纯弯段,板底部有1～3条明显主裂纹,最大主裂缝宽度均超过2 mm,呈现出适筋破坏现象;相比开裂荷载,配筋对极限荷载影响更大;受拉区钢筋单层和双层的设置形式对其抗弯承载力影响很小,而延性呈现不同的变化规律;钢纤维掺量在一定范围内增大有助于提高开裂荷载,能够缓解开裂后刚度的退化,但当钢纤维掺量超过4.5%后,出现半脆性破坏.     

超高性能混凝土配合比设计及其受拉性能

基于最大堆积密度理论,研究超高性能混凝土(UHPC)的配合比设计方法.采用修正的AndreasenAndersen法计算石英砂级配,通过密度试验确定水泥和硅灰的相对质量分数;根据单一变量试配试验确定砂胶质量比、水胶质量比和纤维体积分数,综合考虑抗压强度和工作性能2个因素确定最佳配合比.按最佳配合比制作立方体试件和轴心受拉试件,进行受压和单轴拉伸力学性能试验,研究UHPC受压和单轴受拉力学性能以及纤维体积分数对UHPC单轴受拉力学性能的影响.结果表明:按照最佳配合比制备的UHPC,其抗压强度为116.64~134.85MPa,抗拉强度为4.761~8.504MPa;随着纤维体积分数的增加,抗拉强度和韧性都大幅提高,试件也由脆性破坏转变为韧性破坏.研究成果可以为UHPC在国内的推广应用提供一定参考.     

高应变强化超高性能混凝土T形梁抗弯承载力

为探究配筋高应变强化T形超高性能混凝土(UHPC)梁的抗弯承载力计算方法,对5根梁试件进行了三分点加荷纯弯试验,试件变化参数为配筋率和配筋强度.绘制了钢筋与高应变强化UHPC的荷载-挠度曲线,将T形梁破坏过程分成3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至破坏阶段.与普通混凝土梁不同的是,在高应变强化UHPC梁体达到极限承载力时,受拉区UHPC对抗弯承载力有贡献作用;同时,受压区UHPC应力-应变依然为线性关系.在考虑受拉区UHPC开裂后抗拉强度的基础上,提出了受拉区UHPC等效矩形应力系数,在平截面假定基础上推导出了配筋高应变强化T形UHPC梁抗弯承载力计算公式,并与国外提出的计算方法进行对比,分析各计算方法的准确性.结果表明,所提出方法的计算值与试验值有较高的吻合度,可为配筋高应变强化T形UHPC梁理论分析和设计提供参考.     

纤维协同效应下超高性能混凝土的弯曲性能

为研究钢-聚丙烯粗纤维对超高性能混凝土（UHPC）的弯拉性能影响，采用四点弯曲试验，得到不同掺量（钢纤维与聚丙烯粗纤维掺入体积分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%）组合下的荷载-挠度曲线，从试件破坏形态、抗弯强度、弯曲韧性等方面进行阐述，并且利用单掺纤维拟合公式引出一个可行性较高的评价模型，并利用该模型对混杂纤维的协同效应进行分析，最后结合扫描电子显微镜（SEM）对混杂纤维UHPC微观结构进行观测。试验结果表明：钢-聚丙烯粗纤维的掺入显著提高了UHPC的抗弯强度，提高幅度为17.8%～101.2%；同时利用提出的模型发现混杂纤维的协同效应在总纤维掺入体积分数为1.5%～2.0%时呈现正协同效应，并在钢纤维与聚丙烯粗纤维掺入体积分数为1.0%时取得最好的正协同效应；另外，与不掺纤维的试件相比，钢纤维与聚丙烯粗纤维的加入分别使基体试件的初裂韧度提升了51.8%～98.2%与33.9%～48.2%，同时在钢纤维掺入体积分数为1.0%和聚丙烯粗纤维掺入体积分数为1.0%的搭配比例下，对UHPC弯曲韧性的改善效果最优，进一步验证了纤维协同效应评价模型；最后在微观层面揭示了纤维混杂产生的协同...     

钢纤维掺量对FRP管约束超高性能混凝土轴压性能的影响

为研究钢纤维掺量对FRP管约束超高性能混凝土(UHPC)轴压性能的影响,以FRP管厚和钢纤维掺量为变量,设计制作了27个FRP管约束UHPC (UHPC-FFT)圆柱和9个无约束UHPC圆柱试件,通过单调轴压试验研究钢纤维掺量对不同约束刚度UHPC-FFT试件极限应变、抗压强度的影响.结果表明:FRP管厚是影响UHPC-FFT轴压性能的关键因素,增大管厚能大幅提高UHPC-FFT的抗压性能.管厚较小的UHPC-FFT试件变形经历线弹性、软化和线性强化3个阶段,而当管厚增大到能提供足够约束时,试件变形将从线弹性阶段直接过渡到线性强化阶段.加入钢纤维能减缓初始峰值荷载后的荷载突降,且试件破坏后仍保持为整体.钢纤维掺量的影响在管壁较薄的试件中表现得较为明显;当管壁足够厚时,钢纤维影响较小.     

纤维复合材料分层缺陷演化声发射行为

对含内置分层缺陷的玻璃纤维复合材料进行3点弯曲实验,并利用声发射实时监测其破坏过程,获得复合材料弯曲损伤的力学性能、破坏特性和声发射响应行为.实验研究表明:玻璃纤维复合材料试件加载过程中载荷与挠度曲线呈非线性关系,加载破坏过程中伴随着基体开裂、纤维断裂等损伤模式.试件的失效载荷随内置分层缺陷面积的增大而减小,含分层复合材料试件声发射撞击累积数和相对能量高于无缺陷试件.纤维复合材料的分层缺陷演化及其破坏行为与对应声发射信号幅值、撞击累积数、相对能量等特征参数具有一定的相关性.     

钢纤维掺量对R-UHPC矩形梁弯、剪受力性能的影响

钢纤维掺量会影响超高性能混凝土(UHPC)的抗拉、抗压强度等材性,进而影响钢筋UHPC(R-UHPC)矩形梁的受弯、受剪性能.开展纤维掺量对R-UHPC梁抗弯、抗剪极限承载力的影响分析.结果表明,随纤维掺量的提高,R-UHPC梁的抗弯、抗剪承载力均相应提高.但由于钢纤维对抗弯、抗剪极限承载力的贡献量不同,提高的作用也不同.钢纤维掺量对R-UHPC梁抗弯承载力的影响远小于它对抗剪承载力的影响.对于R-UHPC矩形梁,存在一个临界的钢纤维掺量.当钢纤维掺量小于此值时,梁将受剪破坏,反之,将受弯破坏;临界钢纤维掺量附近的R-UHPC梁则可能发生弯剪复合破坏.此外,钢纤维掺量还会影响矩形梁的斜裂缝开裂荷载.     

工程用水泥基复合材料单轴受拉本构关系模型

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维体积掺量、水胶比的影响,设计制作了5组工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)薄板试件和1组基体试件并进行单轴受拉试验.通过各组试件的受拉性能对比分析,结果表明:ECC的开裂强度、开裂应变、极限抗拉...     

不同制备工艺对钢纤维混凝土性能影响的试验研究

钢纤维混凝土可起到减少混凝土开裂、提高结构韧性等作用,已逐渐被应用于隧道衬砌支护。但制备工艺决定了钢纤维在混凝土基体中的分布,从而严重影响钢纤维混凝土性能,因此亟须开展针对钢纤维分布与制备工艺之间关系的研究。本研究从实际工程出发,选用六种钢纤维混凝土制备工艺,浇筑了18根梁试件,开展钢纤维混凝土抗弯性能试验。试验结果表明,使用MT1制备工艺的端钩型钢纤维混凝土在破坏位置、钢纤维分布、钢纤维外露角度、外露长度、抗弯强度等方面均表现出良好性能。     

预制拼接槽型UHPC柱偏心受压性能试验研究

为研究预制拼接槽型UHPC柱在受压条件下的力学性能及其影响因素，开展2根整浇UHPC柱及14根预制拼接槽型UHPC柱在不同拼接形式、不同偏心受压方向及不同偏心距下的轴心或偏心受压试验研究. 通过考察试件的极限承载力、破坏形态、轴向及侧向变形性能，研究了拼接方式、偏压方向和偏心距对其静力性能的影响. 试验结果表明：钢纤维延缓了UHPC的开裂，增强了试件的变形能力，但预制拼接槽型UHPC柱在轴压和小偏压荷载下仍表现出明显脆性破坏特征；在该试验中，偏压柱的破坏形态主要为小偏心受压破坏及大偏心受拉破坏；在相同偏心距下，不同拼接形式、不同偏心受压方向的柱体破坏形态及承载能力表现趋于一致；在相同尺寸与配筋下，预制拼接槽型UHPC柱承载力随偏心距的增加而减小. 最后，通过对比试件承载力试验值和我国现行规范理论计算值，定性地指出了现行规范的局限性. 本文试验数据可为预制拼接槽型UHPC柱设计提供参考.     

钢包耳轴活性缺陷声发射信号特征与定位分析

钢包耳轴是整个钢包结构的关键部位之一,耳轴根部在长期的高温吊拉作业中会产生活性疲劳裂纹.针对常规超声法难以对耳轴根部焊缝进行无损检测的问题,提出基于声发射(Acoustic emission, AE)平面定位技术对钢包耳轴根部焊缝活性缺陷进行检测的方法.对原始AE数据进行滤波处理并结合小波包变换对信号进行分析.实验结果表明该方法能够较准确定位焊缝活性缺陷的位置.经过小波包对AE信号进行3层分解与重构后,活性缺陷AE信号频带主要分布在62.5~125 kHz,其能量占总能量的81.25 %,符合一般裂纹扩展的频率特征.     

玄武岩纤维水泥砂浆抗冲击试验

为检验水泥砂浆加入玄武岩纤维(BF)后的破坏机理及吸收冲击能量的能力,结合高速影像技术,对不同掺量的玄武岩纤维(BF)水泥砂浆试件进行冲击试验.结果表明,没有掺入BF的试件,在受拉开裂时就出现了剪切裂缝;加入BF纤维后,在拉裂缝开展较宽的情况下才发生剪切破坏情况;BF的加入提高了试件的抗冲击韧性,同时还起到阻裂的作用,能够限制试件裂缝的发展.     

煤岩单轴压缩声发射试验分形特征分析

针对有效预测煤岩破裂引起的动力灾害的难题,运用分形理论建立了声发射参数分形维数计算模型,对冲击倾向性煤岩单轴压缩声发射试验信号分形特征进行了研究. 结果表明:随试件的加载进程,声发射能量计盒维数逐步上升,破坏前上升到最高;关联维数降低,试件破坏前下降到最低;Gauss Amp方程能较好地描述煤岩在单轴压缩荷载作用下声发射能量关联维数随荷载的变化规律;可将声发射能量关联维数的持续降低作为煤岩失稳破坏的前兆.