混凝土梁三点弯曲负荷下声发射特性研究

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发布时间：2021-09-18

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混凝土梁三点弯曲负荷下声发射特性研究
陈　兵　张立新3 　刘娟育
(同济大学混凝土材料研究国家重点实验室, 上海　200092)
摘　要　研究混凝土梁受三点弯曲负荷时的声发射(A E) 特性。结果表明在加载初期裂缝在混
凝土中的形成和扩展是间歇的, 达到临界状态后裂缝的扩展呈失稳; 切口相对深度对混凝土梁声发
射特性有着显著影响, 切口相对深度增大, 声发射事件突发性明显减小, 表明其材料的脆性程度降
低。利用声发射可以对内部裂缝进行定位。
主题词　声发射特性　弯曲负荷　混凝土　裂纹
STUDY ON THE ACOUSTIC EM ISSION CHARACTERISTICSOF THE CONCRETE
BEAM S UNDER THREE-PO INT BEND ING LOAD
Chen Bing　Zhang L ix in3 　L iu Juanyu
(State Key L abo rato ry of ConcreteM aterial Research, TongjiU niversity, Shanghai)
Abstract　The acoust ic em ission (A E) characterist ics of the th ree2po int2bended concrete beam s w ith no tches
of different relat ive dep th sw ere studied during the ent ire loading period. It w as show n that the crack s fo rmed and
extended discont inuously at the incep t ion of loading and the extension w as out of stable in the state of crit ical
loading. The relat ive dep th s of the no tches affected A E characterist ics obviously. The occurrence of A E events
decreased great lyw ith the increasing of the relat ive dep th s of the no tches. It meant that the brit t leness of concrete
decreased. The inner crack s could be located by means of A E techno logy.
Keywords　A coust ic em ission characterist ic　Bending load　Concrete　Crack
混凝土是一种多相复合材料, 由于多种原因, 硬
化后在骨料与硬化水泥浆体的界面处形成微缺陷,
当混凝土承受外部荷载时, 随着荷载的增大, 在这些
微缺陷的尖端处形成应力集中, 引发微裂缝, 微裂缝
沿骨料界面进一步扩展, 并逐渐向浆体内部发展。在
微裂缝不断发展变化的过程中, 产生弹性波向周围
辐射, 即声发射(A E)。
混凝土材料受力变形和开裂释放应变能产生的
应变波, 在声发射技术中常以事件、振铃的计数、计
数率、能量及振幅分布等参数来表示。在受力过程中
产生的A E 信号常通过以下途径来分析[ 1 ]:
(1) 利用声发射事件发生率, 判断混凝土材料
内部破坏程度。
(2) 利用声发射能量确定临界能量释放。
(3) 利用声发射信号的频率、振幅和上升时间
辨别不同加载水平和材料的不同破坏机理。
3 同济大学道路与交通工程系
(4) 利用声发射信号到达不同探头的不同时
间, 确定裂缝出现的位置。
声发射技术在混凝土中的研究应用, 最初由
Rüsch[ 2 ] 提出, 主要集中于无损检测和混凝土受压
过程的声发射特性[ 3 ]。本文研究了混凝土材料在三
点弯曲受载过程中, 匀速加载时的声发射特征以及
混凝土力学性能与声发射参数间的关系, 探讨了用
声发射技术研究混凝土断裂行为的可能性。
1　实验器材和方法
1. 1　实验装置
实验装置示意图见图1。试样在万能试验机上
进行三点弯曲实验, 通过跨中挠度控制对试样进行
加载。
声发射仪采用美国Physical A cou st ic
Co rpo rat ion 生产的SPARTAN A T 2000 系列。6 个
谐振频率为150kHz 的压电换能器分别与梁的相应
位置耦合(图2) , 耦合剂为凡士林。信号经前置放大