钢筋混凝土梁弯曲破坏时声发射信号能量特征及其辅助定位

为了得到钢筋混凝土梁在弯曲破坏时声发射能量特征,对钢筋混凝土梁进行了弯曲破坏实验,捕捉实时能量特征。加载方式分为直接加载至破坏和分段加载至破坏两种方式。通过分析捕获的实时声发射信号能量信息以及整个加载阶段钢筋混凝土梁的能量释放特征,对钢筋混凝土梁的损伤断裂进行了预示。加载之前进行了断铅实验,进行了能量辅助定位,并获得了较好的精度。     

基于AE对预应力钢筋砼梁损伤试验分析

为了探究预应力钢筋混凝土梁损伤与其声发射信号之间的关系,利用声发射技术对预应力钢筋混凝土梁损伤过程进行监测。通过三点弯曲试验,采集到预应力钢筋混凝土梁损伤的实时声发射信号数据。分析不同荷载下声发射信号幅值与上升时间的参数分布图,并对比加载过程试件梁的裂缝变化,发现不同信号幅值分布与混凝土梁的损伤类型具有很好的相关性,可以演化试件梁的损伤过程,其中高幅值信号的集聚意味着宏观裂缝的出现。此外,通过ISA信号强度准则的计算,对预应力钢筋砼梁损伤程度做出了定性评价。     

声发射监测锈蚀混凝土梁受弯的损伤与裂缝特征

钢筋锈蚀一直是钢筋混凝土结构退化的主要原因之一,识别锈蚀混凝土结构内部损伤信号,将为既有建筑物的结构健康监测提供理论依据。采用声发射（AE）技术在微观裂缝水平上研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土（RC）梁弯曲特性的影响。声发射信号的上升时间/峰值幅值（R/A）、振铃计数/持续时间（AF）和改进后的b值分析将用以反映钢锈蚀作用下钢筋混凝土试件裂纹模式和破坏模式的变化。结果表明,随着钢筋锈蚀率的增加,锈蚀钢筋混凝土梁的极限承载力显著降低;声发射信号与混凝土损伤之间有很好的对应关系,试件的损伤过程可以分为3个损伤阶段：初始损伤阶段,损伤演化阶段、持续损伤增长阶段。b值曲线的变化趋势可以反映裂缝的形成和发展。随着荷载的增加,试件的剪切裂缝比例逐渐上升,且在持续损伤阶段,试件锈蚀程度越高,剪切裂缝比例越高。     

变幅循环荷载下混凝土轴拉声发射特性试验

采用声发射技术对混凝土试件在变幅循环轴拉荷载作用下的损伤破坏过程所伴生的声发射信号进行采集，分析混凝土的凯塞效应及典型声发射特性。结果表明:声发射凯塞效应和费利希蒂效应过渡的加载阶段约有62％极限应力，此临界点可作为混凝土轴拉裂缝发展稳定与否的标志；声发射振铃数、声发射ASL平均值和声发射幅度均呈现出随着加载阶段的延续而增加的趋势。相关结果可以作为预测混凝土结构安全和损伤程度的依据。     

不同初始孔隙率混凝土的声发射试验及损伤分形特征分析

为探索混凝土声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,对单轴多级循环加载条件下的不同初始孔隙率混凝土试件进行了声发射试验.引入活跃系数对声发射现象发生的活跃程度进行表述,提出基于声发射能量评价混凝土服役状态的方法,分形理论分析了混凝土破坏过程中声发射能量分形维数（关联维数）的演化特征.结果表明:不同初始孔隙率混凝土试块声发射能量和声发射能量关联维数随加载进程的变化趋势基本相同,失稳破坏的临界位置相当.在混凝土破坏过程中,当声发射能量峰值下降后再次激增、能量均值超过100 m V· ms且活跃系数在20~70范围内连续放缓的现象出现时,预示混凝土材料的破坏.声发射能量关联维数随加载进程下降表明出现损伤,持续下降后并呈水平趋势,标志混凝土结构临近极限承载力.      

火灾下钢-混凝土组合楼盖的 声发射监测及分析

为研究火灾下钢-混凝土组合楼盖的损伤机理,利用声发射技术对组合楼盖不同位置处的声发射信号进行监测.通过声发射系统采集的振铃计数、幅值、能量和持续时间等基本参数,结合试验宏观现象,对声发射进行振铃计数分析、RA-AF关联分析和b值-能量分析.研究表明:根据振铃计数信号,可判断构件的裂缝开展密集程度及内力变化,在降温阶段,次梁会对钢筋混凝土板产生剪切裂缝,使结构产生二次破坏;RA-AF关联分析能准确地判断出组合楼盖的失效模式,可根据其失效模式进行相应的内力分析;b值-能量分析可反映出试件破坏时的能量变化及试件的损伤程度,并推断出构件是否达到相应的破坏状态.     

钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特征试验研究

对原型钢筋混凝土简支梁进行了跨中集中力加载破坏的声发射试验,根据声发射信号的特点及试验全过程的声发射信号的能量—平均频率关联图,分析了简支梁破坏过程中的平均频率分布范围及变化特点,确定了声发射参数统计分析方法及滤波范围,并通过钢筋拔出试验从能量的角度对声发射信号的突变点进行了解释,得出了简支梁破坏过程中声发射参数的变化规律。在此基础上,对声发射在监测钢筋混凝土梁的破坏、预测梁极限承载力两方面的应用进行了初步探讨。     

基于声发射技术的混凝土梁桥弯剪受力状态下损伤试验

为实现使用声发射参数定量评估混凝土梁的损伤,开展了试件和构件层次的混凝土梁剪切试验研究。采用声发射技术对混凝土梁的损伤过程进行动态监测,总结基于声发射理论的混凝土损伤评估方法,并提出一种改进的损伤模型,采用三次多项式模型建立声发射参数与应力水平之间的定量关系,从而推导出混凝土梁的损伤演化方程,并计算出试件与构件对应于3种损伤模型的基于声发射技术的钢筋混凝土梁承载能力评估的损伤量。然后,通过与已有损伤模型的计算比较,验证损伤演化方程对混凝土梁损伤进行量化评价的有效性和准确性。试验结果表明:累计声发射数分三阶段变化,线性发展阶段的声发射信号较为活跃,相对应力水平位于0%～40%,其与材料本身含有较多微裂隙有关;而稳定增长阶段对应的累计声发射事件数与撞击数稳步增长,此时混凝土内部微裂纹稳定且缓慢发展,相对应力水平为40%～80%;在失稳阶段累计声发射数剧烈增加,其相对应力水平超过80%,试件内部裂缝达到失稳扩展状态。累计声发射事件曲线较好地描述了混凝土梁损伤发展变化的全过程,改进的损伤模型计算的损伤量在初始阶段发展较快,在中期趋于平缓,应力水平超过0.8以后损伤量发展迅速,直至试件破坏,能较好地反映混凝土梁损伤发展的三阶段变化规律。通过各损伤模型计算损伤度发现在相对应力水平较低时,试件或构件亦存在一定的损伤。     

钢筋混凝土材料损伤的声发射信号处理

针对钢筋混凝土材料试件进行了加载破坏试验,采用小波变换对现场采集到的混凝土断裂过程中的声发射信号进行分析处理。试验结果表明用小波变换进行消噪处理,噪声消除效果显著,提高了声发射信号对结构健康监测的准确性,为实际监测钢筋混凝土材料的损伤提供了依据。     

纤维混凝土试件拉伸损伤声发射监测

研究不同纤维长度和掺量的水泥基复合材料拉伸实验,材料内部微结构破坏的声发射特性。结果表明,加载初期,拉应力较小,试件处于弹性阶段,混凝土内部没有新增损伤,故未接收到声发射信号;加载中期,随着拉应力的增大,混凝土内部出现较少损伤,声发射信号逐渐增多;加载后期,拉应力继续增大,混凝土内部损伤程度加大,声发射信号急剧增加,至试件断裂时,声发射信号达到最大。相应的纤维混凝土断裂过程包括:弹性阶段、开裂阶段、裂缝发展阶段、断裂阶段。     

普通混凝土和橡胶混凝土弯曲损伤过程的声发射研究

研究了不同强度的普通混凝土及橡胶混凝土在静态弯曲加载条件下的抗弯性能及其破坏过程的声发射性能.力学性能测试结果表明,橡胶混凝土的抗折强度高于同等抗压强度的普通混凝土.采用声发射系统对加载全程进行了信号采集.结果表明,随着普通混凝土强度的提高,弯曲过程中的声发射信号的活度减小,而信号的强度增大.橡胶混凝土的声发射信号的活度和强度均小于普通混凝土.对声发射信号的强度和活度的分析表明,在相同加载条件下,橡胶混凝土的损伤程度比相同抗压强度的普通混凝土小,这与两种混凝土反映出的宏观性能的差异是一致的.应用声发射信号定位研究了混凝土的损伤区域,定位分析结果与实际观察结果一致.     

声发射信号预测山体滑坡基础性试验研究

对现场取样并二次加工的岩石样本采用深梁三点加载方式在5种工况(变速加载、匀速加载、破坏形态改变、加载环境改变以及尺寸改变)下进行剪切加载至破坏,以模拟岩体滑坡.进而基于声发射理论,利用声发射传感器对试验样本破坏全过程中的声发射信号进行实时采集,并形成相应位置的声发射信号随时间变化曲线.最终通过声发射信号曲线变化特征识别区分出岩石样本加载破坏整个过程中的不同阶段.试验结果证明,基于传感器合理布置位置,通过观察声发射信号曲线变化特征可以对山体滑坡面中关键点破坏的预警提供较好的判断依据,从而通过对多个关键点破坏位置的预警来预测滑坡面的早期形态,为今后声发射信号预测山体滑坡的工程应用提供试验基础.     

运用声发射技术研究橡胶混凝土疲劳损伤过程

借助声发射技术对水泥混凝土及橡胶水泥混凝土的疲劳过程进行实时监测,通过声发射信号的强度和活度等相关参数分析疲劳损伤过程.实验结果表明:疲劳循环加载过程中,0.6,0.7,0.8应力水平下水泥混凝土中声发射信号的撞击总数随时间变化均呈现近似线性增长趋势,幅度随时间变化分布密集,声发射信号连续发生,表明水泥混凝土的疲劳损伤过程是一个持续的损伤累计增长的过程;橡胶混凝土声发射信号的撞击总数随时间变化曲线分为中间阶段曲线平缓、幅度随时间变化分布松散3个阶段,疲劳损伤全过程呈现典型的裂纹引发、稳定扩展和失稳扩展3个阶段.由于在疲劳循环加载过程中橡胶的能量耗散特性以及良好的吸声性能,橡胶混凝土中声发射信号发生的强度和活度普遍低于同应力水平下的普通水泥混凝土,损伤演化速度缓慢,损伤程度降低,因此具有优异的疲劳性能.     

声发射和分形理论的玄武岩纤维高强沙漠砂混凝土受剪梁损伤模型

以新疆地区沙漠砂作为细骨料部分替代工程用砂,并在混凝土中掺入适量玄武岩纤维,制作了9根不同剪跨比、玄武岩纤维掺量和配箍率的玄武岩纤维高强沙漠砂混凝土梁,通过两点对称加载进行受剪破坏试验。基于声发射技术与分形理论对受剪梁损伤演化过程进行研究,定量分析了受剪梁损伤演化与不同变量因素间的规律。研究结果表明：声发射累计能量的增长随梁的破坏过程呈指数趋势,能量参数及梁表面裂缝分形维数随荷载水平的增大而增大,最大分形维数达到1.206 8。在相同荷载水平下,当剪跨比为1.5、纤维体积掺量为0.4%时,试验梁损伤最小。建立了基于声发射参数和试验梁表面裂缝分形维数的受剪损伤模型。     

单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验,对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段,声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化,反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知,钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹,随着荷载的增大,破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.     

火灾下组合楼盖的次梁布置与声发射损伤分析

目的研究组合楼盖中不同次梁布置方式对声发射损伤程度的影响,确定组合楼盖破坏过程中声发射变化规律与联系,推断组合楼盖的内部损伤程度和极限承载状态.方法对2块钢-混凝土组合楼盖CS1、CS2进行了足尺试验,并对试验参数、声发射布置和试验现象进行了描述.通过声发射特征参数撞击、累计计数、事件率和b值-能量,结合试验现象对组合楼盖不同次梁布置方式的声发射特性进行分析.结果 CS1和CS2板面出现多条45°斜裂缝,并形成经典屈服线模型,CS1和CS2的残余变形程度约为停火时的46%和33%;升温时CS2中的撞击峰值信号和信号活跃性明显小于CS1,CS2对组合楼盖的承载更为有利;火灾试验不同阶段,累计计数呈现出不同的变化趋势,次梁和混凝土板膨胀率不同对声发射信号影响较大;结论声发射撞击信号可反映出组合楼盖的内力变化过程,但不能以撞击数量来判定组合楼盖达到破坏的不利位置与损伤严重程度;不同次梁布置方式对组合楼盖的内部损伤有较大影响,CS1次梁布置方式对组合楼盖的承载性能较为不利;b值与能量变化均具有一定的规律性,能够真实地反映和判断出裂缝开展及混凝土板内部损伤的程度.     

双向往复加载下钢筋混凝土柱破坏过程的数值模拟

目的为准确地模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱构件的非线性及断裂破坏行为,实现钢筋混凝土框架结构强震作用下的倒塌破坏全过程仿真分析.方法基于通用有限元软件ABAQUS的显式求解模块,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序,并模拟了钢筋混凝土柱构件在单、双向水平往复荷载作用下的非线性性能发展以及断裂破坏过程.结果在加载幅值较小时,计算结果能够准确模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱的承载力与刚度变化、滞回捏拢行为以及双向弯曲耦合效应.在水平位移加载幅值分别达到45 mm、90 mm、165 mm时,构件中的保护层混凝土、核心混凝土、钢筋完全破坏,构件断裂.而单向加载构件的水平位移加载幅值达到285 mm时,构件才发生断裂破坏.结论计算结果与试验结果吻合良好.笔者方法能够较为准确地模拟钢筋混凝土柱在双向弯曲荷载作用下的非线性及断裂破坏过程.双向弯曲耦合作用严重降低了钢筋混凝土柱的承载能力及耗能性能.研究成果可用于钢筋混凝土框架结构在强震下的倒塌过程模拟分析.     

木基复合材料破坏过程中声发射特性的研究

利用声发射监测系统获取了胶合板和贴面刨花板两种木基复合材料三点弯曲加载状态下断裂损伤的声发射信号。利用累计能量和振铃总计数两项声发射信号特征参量分析了胶合板和贴面刨花板损伤破坏过程及其特点;利用幅值和有效电压（RMS）研究了随挠度增大胶合板和贴面刨花板内部裂纹产生、扩展、宏观裂纹形成至断裂的过程。结果表明:声发射信号的幅值、有效电压、累计能量、振铃总计数等参量可以有效表征木基复合材料内部损伤演化过程;贴面刨花板的断裂损伤发生早于胶合板,且贴面刨花板的损伤演化过程分为线弹性阶段和断裂韧性阶段,胶合板分为线弹性阶段、非线性变形阶段和断裂韧性阶段。     

基于声发射监测循环载荷下岩石损伤过程

应用声发射技术对循环载荷下岩石损伤过程进行了实验研究.基于加卸载响应比理论和损伤力学理论建立了循环载荷下岩石破坏过程中的内部损伤和声发射关系的数学模型,分析了循环加载方式下的岩石损伤演化过程和岩石失稳破坏的前兆.实验结果表明,岩石加载的声发射活动规律反映了其损伤过程;在循环加载条件下,随着载荷的增加,岩石在卸载过程中的损伤逐步增大,声发射数加卸载响应比Y值逐渐减小;对于大多数岩石试样而言,在其处于弹性变形后期时,声发射数加卸载响应比Y值达到(或接近)1并在小范围内波动,可以作为岩石失稳破坏的前兆,这对于循环载荷下岩石失稳破坏具有预测意义.     

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.