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.     

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.     

钢框架结构中钢筋混凝土双向板火灾下的声发射特性

利用自行研制的火灾试验炉，对1栋3层3×3跨足尺钢框架结构中的钢筋混凝土双向板进行火灾试验，开展了将声发射技术用于火灾下整体结构中钢筋混凝土双向板的破坏监测研究。考察了火灾作用下板的声发射事件数、能量率和b值的变化，分析了各参数与板的裂缝开展、炉温及竖向位移等的关系。结果表明：利用事件数、能量率、b值等参数可以准确区分火灾下钢筋混凝土双向板的裂缝早期开展阶段、裂缝集中出现阶段以及裂缝缓慢扩展阶段；火灾下板的声发射参数产生突变时，如能量率突然升高、b值突然下降等，表征结构可能出现破坏，在建筑结构的消防安全指导方面应给予足够关注。     

单轴压缩早强剂混凝土声发射试验与分析

配制无添加剂的对照组C30混凝土和添加甲酸钙早强剂的标准组C30混凝土各3个。采用压力机和声发射检测仪器联合试验装置,进行对照组混凝土与标准组早强剂混凝土试块单轴压缩实验,得到两种混凝土试块破坏全过程应力-应变和声发射特征数据。声发射能量、累计能量和累计振铃计数等参数与试块应力-应变分析表明,在早期的平静期,添加早强剂混凝土声发射信号比较活跃,其累计能量-时间曲线呈现三段式,区别于对照组混凝土试块。在声发射爆发期间,标准组混凝土能量呈现持续释放,而对照组混凝土在初期爆发之后有一段相对稳定的平静期,然后再持续性爆发,直到达到最大值。     

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。     

楼板对新型组合暗梁楼盖静力性能的影响

在钢-混凝土新型组合暗梁楼盖结构中,楼板的各参数变化是影响该新型组合暗梁楼盖结构性能的重要因素.为了考察钢筋混凝土楼板的混凝土强度等级、混凝土楼板的配筋率、混凝土楼板的厚度等参数对文中新型组合暗梁楼盖结构受力、变形特性的影响,运用大型通用有限元分析软件ANSYS对其进行各参数变化状态的非线性有限元分析.分析结果表明:混凝土楼板的配筋率对新型组合暗梁楼盖结构抗弯刚度和承载力的影响非常显著,而混凝土强度等级和混凝土楼板的厚度对其影响次之;钢暗梁和混凝土楼板的应力状态均随着楼板的配筋率、楼板厚度和混凝土强度等级的改变而变化.     

钢-混凝土新型组合暗梁楼盖的静力性能试验

为了考察暗梁对钢-混凝土组合楼板静力性能的影响,对钢-混凝土组合暗梁楼盖进行了均布荷载作用下的试验,并对有、无暗梁楼盖进行了对比分析.研究了该新型楼盖结构的受力变形全过程.研究结果表明,在钢-混凝土组合楼板中嵌入钢暗梁后,极大地提高了钢-混凝土组合楼板的承载能力和刚度,改善了其静力工作性能.     

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。     

预应力混凝土梁损伤类型判别的试验研究

混凝土梁破坏过程中细部机理复杂,破坏源释放的声发射信号掺杂了多种破坏模式下的声发射信号。为方便声发射探伤的工程应用,需要对混合的声发射信号进行筛分,并最终将筛分归类的声发射信号与破坏模式相对应。利用SAEU2S声发射信号采集仪,采集混凝土试验梁在集中荷载作用下的全过程声发射信号,并通过设定开裂弯矩,提取正常使用阶段的声发射信号进行分析。通过两个基本假设,采用循环试算的方法,对声发射信号进行归类。结果表明:持续时间、能量、振铃计数等参数之间具有显著的相关性,能够相互替代。用持续时间对相关性显著的信号进行筛分,以持续时间为主要滤值,振铃计数、能量为次要滤值滤除不相关的信号,最终按照分布特征的不同将正常使用阶段的声发射信号分为14种类型,并给出了相关的频谱分析。滤除的信号在总量中约占5.3%的比例。研究结论有助于进一步进行分析研究声发射信号与损伤机理的对应关系,为实际工程中的损伤预警提供参考。     

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。     

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。     

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.      

钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发射特征分析

设计钢制试件拉伸断裂和疲劳开裂两种损伤过程的声发射监测试验,对采集到的声发射信号进行参数分析,结合红外热成像检测结果,研究声发射信号特征参数与试验过程中试件力学行为之间的相关性.研究结果表明:拉伸断裂和疲劳开裂过程中试件声发射信号的能量、振铃计数、幅值等声发射信号特征参数能够很好地表征试件损伤过程的力学性能演化规律;试件出现损伤时所发出的声发射信号能量幅值主要分布在65～80 dB;声发射技术用于工程结构的健康监测是可行和有效的.     

高温养护条件下早龄期煤矸石混凝土单轴压缩声发射特性试验研究

为研究一种煤矸石充填混凝土在高温养护条件下早龄期的力学性能,对该煤矸石混凝土在高温50℃下分别养护1 d、3 d、7 d进行单轴压缩试验。采集单轴压缩全过程中的力学参数和声发射参数;并与常温20℃养护的情况进行对比。研究了该煤矸石混凝土在不同加载阶段的声发射特性。研究表明:高温(50℃)养护条件有利于煤矸石混凝土早期强度的提高,而且这种煤矸石混凝土的早期强度满足设计要求。在单轴压缩过程中,煤矸石混凝土声发射振铃计数的峰值出现在应力峰值的附近;这一现象可以作为煤矸石混凝土破坏失稳的预兆。声发射累计振铃计数和累计能量计数随时间变化趋势一致,声发射累计参量从缓慢增长到快速增长的现象可作为预测煤矸石混凝土加速损伤,临近失稳破坏的前兆信息。与常温养护条件相比,高温养护条件下的煤矸石混凝土声发射活动更强,利用声发射可以更有效地监测高温情况下煤矸石混凝土的破坏。     

端部约束部分嵌入式钢-混凝土组合梁抗火性能试验

为研究有约束情况下钢-混凝土组合梁的抗火性能,以荷载比为主要参变量,开展了 2个部分嵌入式钢-混凝土组合梁在ISO 834标准升温曲线下的足尺火灾试验.借助大型结构抗火试验平台模拟火灾环境,并通过预埋热电偶测试组合梁上部混凝土板内的温度场分布;利用布设在板面的位移计测量火灾下组合梁的竖向变形;通过专门设计的装置,实现对...     

基于压电波动法的混凝土梁裂缝深度与位置监测

为了研究混凝土梁裂缝深度和裂缝位置对压电陶瓷驱动接收效果的影响,首先采用ABAQUS软件,对不同激励源下健康混凝土梁模型的输出信号进行了模拟分析,以确定激励源最优频率,对压电片参数的形状、尺寸和厚度进行优化.然后对健康混凝土梁模型和存在不同深度、位置裂缝的有损伤混凝土梁模型的输出信号特征进行了模拟分析.最后开展了压电波动试验,对健康混凝土梁和有损伤混凝土梁进行了监测分析.研究结果表明：压电陶瓷输出信号强度和小波包能量随着裂缝深度的增加而逐渐减小;贯穿裂缝与发射端传感器距离越近,接收端传感器显示的信号愈强烈,而距离越远,信号衰减程度增大.     

油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁性能及失效机理

针对钢-混组合连续箱梁在油罐车火灾下性能退化过程,以两跨钢-混组合连续箱梁为研究对象,采用热-力耦合计算方法,基于ANSYS软件建立有限元模型,在温度场中提取研究截面的控制点温度值,分析油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁的温度场分布特点,得到其火灾下的竖向温度梯度,获得热-力耦合作用下所研究关键截面的荷载-位移曲线,揭示油罐车火灾下两跨钢-混组合连续箱梁极限承载力的衰减规律,并分析不同桥梁火灾场景下两跨钢-混组合连续箱梁的破坏过程。研究结果表明:桥下火灾时,钢-混组合连续箱梁的钢箱梁部位整体升温剧烈,根据距火源远近,钢梁温度从高到低依次为底板、腹板、翼板,混凝土整体升温幅度较小;桥面火灾时,混凝土板整体升温较桥下火灾时大,钢梁部位升温较桥下火灾时小,不同桥梁火灾场景下受火断面沿梁高方向均呈现较大的温度梯度;桥下火灾时极限承载力丧失较桥面火灾时更为严重,受火25min中支点附近受火极限承载力丧失95%以上,跨中受火时丧失约68%,边支点受火时丧失约64%,中支点附近受火发生屈曲破坏,跨中受火及边支点受火发生弯曲破坏;桥面受火25min极限承载力丧失较少,仅为29%,由于混凝土隔热作用显著,钢梁性能退化较少,最终在跨中位置形成塑性铰。     

钢-UHPFRC组合加固足尺混凝土T梁抗弯承载性能试验

为恢复地震、爆炸、火灾等极端荷载作用后混凝土T梁桥上部结构的抗弯性能,利用超高性能纤维混凝土(UHPFRC)材料的良好抗弯拉性能改进钢-混凝土组合加固技术,提出钢-UHPFRC组合加固方法。以带损伤的足尺混凝土T梁为试验研究对象,通过抗弯承载性能试验,分析钢-混凝土组合加固和钢-UHPFRC组合加固T梁在正常使用阶段的受力性能和承载能力极限状态下的弯曲破坏模式;基于足尺试验弯曲破坏形态,建立钢-UHPFRC组合加固足尺混凝土T梁抗弯承载力计算图示和简化公式。研究结果表明:钢-UHPFRC组合加固试验梁发生塑性弯曲破坏;跨中横截面变形符合平截面假定,加固部分与原结构之间纵向相对滑移小于0.35mm,加固后试验梁整体工作性能较好,与未加固梁相比,钢-混凝土组合加固T梁抗弯极限承载能力可提高71%;在加固材料质量减轻50%的条件下,钢-UHPFRC组合加固T梁抗弯极限承载能力可提高30%,正常使用阶段其抗弯刚度与钢-混凝土组合加固T梁相近,因此钢-UHPFRC组合加固可提升或恢复混凝土T梁的抗弯承载性能,同时降低加固材料对结构自重的增加;抗弯承载力简化公式计算值与钢-混凝土组合加固T梁和钢-UHPFRC组合加固T梁试验值的比值分别为0.97和0.95,简化公式计算可靠,可用于组合加固后混凝土T梁桥的设计计算。     

砂浆板冲击荷载下声发射定位试验研究

在混凝土静载声发射研究基础上,提出基于声发射定位的混凝土冲击荷载研究方法,通过锤击、均匀冲击荷载试验,采用逐级递增循环冲击加载方式研究砂浆板的破裂失稳过程,及其内部裂纹萌生、扩展形成裂缝至最终贯穿的演化模式。结果表明,声发射事件产生主要由裂缝扩展引起,并随冲击力变化表现不同特征:在初始冲击荷载至初始裂缝出现之前,声发射活动不明显;随动载增大试件出现裂纹,声发射事件明显增多;裂纹稳定扩展成裂缝至贯穿前声发射活动异常活跃,声发射事件变化率最大;裂缝一旦贯穿继续冲击不再出现声发射活动。裂缝贯穿瞬间虽不产生声发射事件,但仍可根据声发射定位图走势推断。     

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...