混凝土轴心受拉声发射Kaiser效应试验研究

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混凝土是一种具有微裂隙的非均质材料,其受拉破坏过程比理想的脆性材料复杂得多,而声发射技术能动态实时探测材料内部微观结构变化,对探明混凝土拉伸破坏机理具有很大的促进作用。然而声发射技术在混凝土拉伸领域中的应用还不成熟,有许多问题亟待全面深入的研究和解决,如混凝土Kaiser效应对其拉伸声发射特性的影响。本文结合导师所承担的国家自然科学基金重点项目,开展混凝土轴拉声发射特性试验研究,就Kaiser效应对混凝土声发射特性的影响进行研究,为应用声发射技术探讨混凝土拉伸破坏机理奠定基础,同时也为Kaiser效应的工程实际应用提供参考。 本文在总结国内外声发射Kaiser效应研究的基础上制定了可行的Kaiser效应试验方案,通过70个试件的轴拉声发射试验研究混凝土Kaiser效应的存在性及其存在条件,并就Kaiser效应的影响因素进行系统全面的分析,最后探讨Kaiser效应的工程应用。本文主要的研究内容如下: (1) 研究混凝土试件在往复循环拉伸加载条件下Kaiser效应的有效性及其存在的应力范围,并对其产生机理进行解释;探讨混凝土材料中Kaiser效应与Felicity效应的关系;讨论Kaiser效应的记忆内容。 (2) 就加载制度、加载速率、强度等级、试件大小、骨料粒径、应力水平、卸载后放置时间以及干湿条件等因素对Kaiser效应的影响进行研究。 (3) 讨论Kaiser效应在声发射试验排噪检测、应力历史评定、混凝土材料损伤劣化水平评价以及混凝土材料可靠性评价中的应用。 通过以上的研究工作,得到以下几个主要结论:(1)混凝土在轴拉试验中存在明显的Kaiser效应,其产生的机理是混凝土材料损伤不可逆的结果;(2)Kaiser效应的存在是有条件的,其声发射的不可逆性具有应力上限,上限值约为极限抗拉强度的82%;(3)Felicity比是对材料声发射过程不可逆程度的更详细描述,随着相对应力水平的提高而单调下降,当达到较高的应力水平后,Felicity比迅速下降,Kaiser效应衰退,出现了Felicity效应;(4)混凝土Kaiser效应具有记忆前期最大应力和前期最大应变的特性;(5)强度等级、试件大小、骨料最大粒径以及加载速率对混凝土轴拉声发射Kaiser效应基本没有影响;(6)加载制度、应力水平、卸载后放置的时间以及干湿条件对混凝土轴拉声发射Kaiser效应产生一定的影响;(7)Kaiser效应在声发射试验排噪检测、应力历史评定、混凝土材料损伤劣化水平评价以及混凝土材料可靠性评价中的应用具有一定的发展前景。
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