基于声发射和超声技术的混凝土损伤演化试验研究.doc

基于声发射和超声技术的混凝土损伤演化试验研究

2.8万字 57页 原创作品，已通过查重系统


摘 要
混凝土材料发展至今，已经有一百多年的历史，其具有原材料丰富、成本低、可塑性好、耐久性好和强度高等优点，是当代主要的建筑材料之一，它的损伤演化及破坏过程一直是土木工程界的研究热点和难点。其破坏过程表现为微裂纹的产生、扩展、贯通直至最终宏观破坏。声-超声技术是近年来发展起来的一种新型无损检测技术，因其操作简单、灵敏度高、等优点，被普遍应用于材料损伤评估和性能检测等领域。
本文介绍了声-超声无损检测技术的基本原理、声-超声信号采集系统的基本组成、声-超声信号的类型和分析方法、声-超声技术的传播物理模型和声-超声检测技术的优点，确定了本文分析的各项声-超声信号参数。
本文进行了混凝土单轴压缩试验，加载的同时利用声-超声信号采集系统进行检测，分析声-超声参数与试件破坏过程之间的联系，从累积效应的角度阐述了混凝土损伤演化过程，可将混凝土损伤演化分为三个阶段：分别为初始阶段、稳定发展阶段、不稳定破坏阶段。在初始阶段，混凝土材料内部预存微裂纹压缩并相互结合；在稳定发展阶段，混凝土材料内部损伤稳定发展，裂纹扩展、延伸、结合；在不稳定破坏阶段，混凝土材料内部损伤量剧增，大量微裂纹贯通，形成宏观大裂缝破坏失稳。此外，还比较了不同水灰比的混凝土试件在单轴压缩下损伤发展过程的异同，发现水灰比较高的试件在声发射初始阶段和稳定发展阶段产生的声发射信号较为活跃；水灰比越高的试件，超声波波速开始下降时所对应的应力值越小，而三组试件波速下降时对应的应力水平相近。
本文进行了混凝土分阶段加载试验，同时用声-超声信号采集系统进行检测，分析混凝土在几个加载阶段的损伤累积特征，发现在荷载突增时，声发射信号较为活跃，混凝土内部的损伤会出现快速增长的现象；在持荷阶段，声发射信号较少，混凝土内部的损伤积累较慢；在较小荷载持续作用下，超声波波速变化很小；在较大荷载持续作用下，超声波波速会逐渐下降。此外，比较了不同水灰比的混凝土试件在分阶段加载下损伤演化过程的异同，发现水灰比越小的试件在第一阶段开始加载时产生的声发射信号越活跃；随着水灰比的增大，超声波波速出现持续下降所对应持荷阶段的荷载也越小。


关键词：混凝土；声-超声；损伤演化；水灰比