鋼筋混凝土損傷演化聲發(fā)射監(jiān)測及破壞機理研究.pdf

1、聲發(fā)射技術(shù)是近年來興起的一種動態(tài)無損檢測技術(shù)，因具有原理簡單、可操作性強以及可隨時動態(tài)監(jiān)測等特點，在各種材料的性能研究中得到了廣泛應(yīng)用。為解決聲發(fā)射傳感器與土木工程結(jié)構(gòu)的耦合性問題，本文以 PZT-5壓電陶瓷為功能相、水泥/聚合物為基體，采用二次切割-澆注法制備1-3型水泥/聚合物基壓電復(fù)合材料；并以此復(fù)合材料為壓電元件、水泥/聚合物為封裝層，制備埋入式的聲發(fā)射傳感器，具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下所示：
　　對1-3型水泥/聚合物基壓電

2、復(fù)合材料進行性能測試與分析，實驗結(jié)果表明：1-3型水泥/聚合物基壓電復(fù)合材料具有較高的壓電應(yīng)變常數(shù)(d33)、較低的機械品質(zhì)因數(shù)(Qm)以及較高的厚度機電耦合系數(shù)(Kt)，以其為壓電元件制備的聲發(fā)射傳感器具有很好的接收靈敏度；其聲阻抗降低至11.79 Mrayl，能夠與混凝土很好的匹配。
　　通過對聲發(fā)射傳感器的性能測試與分析，研究結(jié)果表明：聲發(fā)射傳感器的諧振頻率(126 kHz)、中心頻率(85 kHz)以及具有較大的頻帶寬度(

3、140 kHz)，均在混凝土健康監(jiān)測的20-250 kHz范圍內(nèi)，適用于鋼筋混凝土的健康監(jiān)測。
　　在試件上進行原位斷鉛實驗，設(shè)置聲發(fā)射時間參數(shù)，峰值定義時間(PDT)為230μs，撞擊定義時間(HDT)為460μs，撞擊閉鎖時間(HLT)為700μs。在試件加載前對其進行模擬加載試驗，設(shè)置門檻值為40 dB。
　　將制備好的聲發(fā)射傳感器埋入鋼筋混凝土梁中，采用 MTS疲勞試驗機對試件進行了三點彎曲、3D定位、疲勞循環(huán)以及K

4、aiser效應(yīng)驗證的試驗，采用聲發(fā)射采集儀對試驗過程聲發(fā)射信號進行采集，將宏觀力學(xué)與聲發(fā)射特征參數(shù)結(jié)合起來關(guān)聯(lián)分析，研究其損傷及破壞的機理。
　　鋼筋混凝土梁的三點彎曲試驗研究結(jié)果為：(a)加載過程的聲發(fā)射信號分為聲發(fā)射初始階段、聲發(fā)射線性發(fā)展階段和聲發(fā)射失穩(wěn)階段三個階段；(b)鋼筋混凝土梁的宏觀變形是一種連續(xù)的變形，而微觀變形卻是一種陣發(fā)的過程，出現(xiàn)了不連續(xù)性和不均勻性。(c)裂紋的存在及裂紋的深度對鋼筋混凝土梁的極限荷載有著顯

5、著影響，隨著裂紋深度的增大，鋼筋混凝土梁的極限荷載明顯減小，達到最大荷載位移減少，其脆性明顯增加。
　　對三點彎曲下鋼筋混凝土梁裂紋源進行了3D定位，試件在損壞的過程中，裂紋源主要集中在試件的跨中內(nèi)部及跨中底部，采用聲發(fā)射技術(shù)可實現(xiàn)對試件全部損傷過程進行監(jiān)測，并且通過其聲發(fā)射特征信號參數(shù)可以反演其損傷破壞的過程。
　　對試件進行變幅低頻疲勞循環(huán)試驗下聲發(fā)射特征信號進行分析，結(jié)果表明：鋼筋混凝土的聲發(fā)射信號特征與其荷載大小有關(guān)

6、，低荷載下產(chǎn)生的聲發(fā)射信號群低而寬，而在高荷載臨近破壞時的聲發(fā)射群高而窄。
　　對200萬次等幅低頻疲勞循環(huán)下的聲發(fā)射聲發(fā)射特征信號進行分析，結(jié)果表明：整個疲勞循環(huán)過程中聲發(fā)射信號分為聲發(fā)射活躍階段、聲發(fā)射穩(wěn)定階段以及聲發(fā)射失穩(wěn)三個階段。
　　Kaiser效應(yīng)在鋼筋混凝土梁中是存在的，但只存在于一定的荷載范圍內(nèi)。鋼筋混凝土梁受載過程中，F(xiàn)elicity效應(yīng)與荷載水平密切相關(guān)。當荷載水平較低時符合 Kaiser效應(yīng)，并且隨著荷