劈拉循环荷载下混凝土声学特性试验研究及损伤演化分析

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蓄水大坝、车辆通行的桥梁基础等在受到循环荷载作用下易发生破坏。为了研究混凝土在劈拉循环荷载作用下的损伤特性,本文通过室内力学试验和数值模拟,首先对受载混凝土进行了超声波测试及声发射测试,然后探讨了声速及振铃计数等声学参数与应力的相关性,建立了声学参数与损伤之间的联系,最后利用数值模拟软件RFPA2D对混凝土劈拉循环破坏过程展开了模拟。所得结论如下:
  (1)在劈拉循环荷载作用下,不同水灰比试样峰值强度不同。当水灰比由0.55降低到0.42,峰值强度由1.82MPa增加到2.72MPa,增加了49.5%,且饱和状态强度有所降低;由混凝土试样在受拉状态下超声波信号监测可知,前三次循环声速增减与应力增减相同,第4次循环后试样出现裂纹,声速开始降低,到第6次循环中试样裂纹贯通后,声速降到最低值,这说明了声速与劈拉裂纹的扩展具有相关性;通过对混凝土试样在受载状态下的声发射活动监测,得到了振铃计数在第4次循环后开始上升,试样破坏时达到峰值,这和超声波与应力的关系具有一致性。并且随着混凝土强度增加,声速降低幅度增大,累积振铃计数增加。
  (2)通过声速、累积振铃计数与损伤之间的相关性,可知混凝土前几次循环损伤变量不会增加,存在损伤阈值,损伤阀值约为其损伤值峰值的60%~70%。当超过损伤阈值,试件开始迅速破坏,且峰值损伤变量为0.7~0.9,说明试样具有一定残余强度;混凝土强度越高,达到峰值损伤变量的循环次数越长,且随水灰比由0.55减小到0.42,损伤变量增长速率分别为0.51、0.41和0.34,说明混凝土强度越高,损伤增长越缓慢,抵抗外界荷载能力越强。
  (3)通过RFPA2D模拟劈拉循环荷载作用,得到在前三个循环周期内,混凝土试样内部几乎没有新裂隙的产生,从第三个循环开始,混凝土中发生了一些拉伸微破裂和压缩微破裂,随后的几个循环中,拉伸破坏和剪切破坏不断增加,直到模型破坏为止;通过RFPA2D模拟声发射信号,得出前期阶段声发射信号不活跃,到第四个循环开始,声发射信号激增,说明RFPA2D模拟下的混凝土加卸载试验的声发射信号与室内试验具有一致性。
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