留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响

巩妮娜 胡少伟 范向前 蔡小宁

巩妮娜,胡少伟,范向前,等. 配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响[J]. 水利水运工程学报,2020(6):55-63 doi:  10.12170/20191225002
引用本文: 巩妮娜,胡少伟,范向前,等. 配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响[J]. 水利水运工程学报,2020(6):55-63 doi:  10.12170/20191225002
(GONG Nina, HU Shaowei, FAN Xiangqian, et al. Effect of reinforcement ratio on acoustic emission characteristics during Ⅰ-Ⅱ mixed-mode fracture process of concrete[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 55-63. (in Chinese)) doi:  10.12170/20191225002
Citation: (GONG Nina, HU Shaowei, FAN Xiangqian, et al. Effect of reinforcement ratio on acoustic emission characteristics during Ⅰ-Ⅱ mixed-mode fracture process of concrete[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 55-63. (in Chinese)) doi:  10.12170/20191225002

配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响

doi: 10.12170/20191225002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51739008,51679150,51878315);江苏省产学研合作项目(BY2019145);江苏省高等学校自然科学研究项目(19KJB570003)
详细信息
    作者简介:

    巩妮娜(1981—),女,陕西铜川人,讲师,博士研究生,主要从事混凝土损伤断裂方面的研究。E-mail:gongnn@jou.edu.cn

    通讯作者:

    胡少伟(E-mail:hushaowei@nhri.cn

  • 中图分类号: TV331

Effect of reinforcement ratio on acoustic emission characteristics during Ⅰ-Ⅱ mixed-mode fracture process of concrete

  • 摘要: 为了探讨配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程及声发射特征的影响,通过4组直偏裂缝钢筋混凝土三点弯曲梁开展Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验及声发射信号采集,并分析试验结果。结果表明:随着配筋率的增加,失稳荷载近似线性增加,配筋率影响混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂模式;裂缝稳定扩展过程中振铃计数出现若干个峰值,累计计数的突变可以表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂临界状态,且3个参数间具有较强的相关性;声发射峰频点均呈现分频段集中的现象,从85%荷载水平开始,140~155 kHz的频段占比减小,30~45 kHz频段占比增加,临近失稳临界状态时峰频分布趋于分散。
  • 图  1  钢筋混凝土试件示意(单位: mm)

    Figure  1.  Schematic of reinforced concrete specimen (unit: mm)

    图  2  试验加载装置

    Figure  2.  Test loading device

    图  3  P- DCMO(RC01)

    Figure  3.  P- DCMO curve for RC01

    图  4  失稳荷载随配筋率变化曲线

    Figure  4.  Curves of unstable load versus reinforcement ratio

    图  5  不同试件的裂缝扩展路径

    Figure  5.  Crack propagation paths of different specimens

    图  6  不同配筋率试件荷载与振铃计数时程曲线

    Figure  6.  Time-history curves of load and AE ringing counting for specimens with different reinforcement ratios

    图  7  不同配筋率试件累计计数与荷载时程曲线

    Figure  7.  Time-history curves of load and cumulative counts for specimens with different reinforcement ratios

    图  8  不同配筋率试件的峰频-时间分布

    Figure  8.  Peak frequency-time distribution for specimens with different reinforcement ratios

    图  9  不同配筋率的试件失稳前优势峰频分布

    Figure  9.  Dominant peak frequency distribution ratio before unstable propagation for specimens with different reinforcement ratios

    表  1  试件配筋参数

    Table  1.   Reinforcement parameters of specimens

    试件纵向钢筋配置配筋率/%
    RC012ϕ6.50.277
    RC021ϕ100.327
    RC032ϕ80.419
    RC042ϕ100.654
    下载: 导出CSV

    表  2  不同配筋率试件失稳前峰频数量统计

    Table  2.   Number of peak frequencies before unstable propagation for specimens with different reinforcement ratios

    荷载水平/%RC01RC02RC03RC04
    85 14 28 54 74
    90 32 53 57 100
    95 48 41 55 88
    100 119 62 140 103
    下载: 导出CSV
  • [1] 董立恒. 混凝土I-II复合型断裂过程区及裂缝扩展过程数值模拟[D]. 大连: 大连理工大学, 2016.

    DONG Liheng. Mixed mode Ⅰ-Ⅱ fracture process zone of concrete and numerical simulation of crack propagation process[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2016. (in Chinese)
    [2] 纪洪广. 混凝土材料声发射性能研究与应用[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2004: 18-23.

    JI Hongguang. Research and application of acoustic emission properties for concrete materials[M]. Beijing: Coal Industry Press, 2004: 18-23. (in Chinese)
    [3] JENQ Y S, SHAH S P. Mixed-mode fracture of concrete[J]. International Journal of Fracture, 1988, 38(2): 123-142.
    [4] 董伟. 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂准则的试验研究与裂缝扩展过程的数值模拟[D]. 大连: 大连理工大学, 2008.

    DONG Wei. Experimental investigation on initial cracking criterion and numerical simulation of crack propagation for I-II mixed mode in concrete[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2008. (in Chinese)
    [5] 胡宗棋. 含V型切口混凝土的复合型断裂研究[D]. 南昌: 华东交通大学, 2018.

    HU Zongqi. Study on composite fracture of concrete with V notch[D]. Nanchang: East China Jiaotong University, 2018. (in Chinese)
    [6] 韩金启, 王向东, 王玉琳. 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂损伤区分析[J]. 大连交通大学学报,2015,36(6):62-66. (HAN Jinqi, WANG Xiangdong, WANG Yulin. Analysis of damage and fracture zone of I-II concrete mixed mode cracks[J]. Journal of Dalian Jiaotong University, 2015, 36(6): 62-66. (in Chinese) doi:  10.11953/j.issn.1673-9590.2015.06.062
    [7] JACOBSEN J S, POULSEN P N, OLESEN J F. Characterization of mixed mode crack opening in concrete[J]. Materials and Structures, 2012, 45(1/2): 107-122.
    [8] GARCÍA-ÁLVAREZ V O, GETTU R, CAROL I. Analysis of mixed-mode fracture in concrete using interface elements and a cohesive crack model[J]. Sadhana, 2012, 37(1): 187-205. doi:  10.1007/s12046-012-0076-2
    [9] AYATOLLAHI M R, MOGHADDAM M R, BERTO F. A generalized strain energy density criterion for mixed mode fracture analysis in brittle and quasi-brittle materials[J]. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2015, 79: 70-76. doi:  10.1016/j.tafmec.2015.09.004
    [10] CARMONA J R, RUIZ G, DEL VISO J R. Mixed-mode crack propagation through reinforced concrete[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2007, 74(17): 2788-2809. doi:  10.1016/j.engfracmech.2007.01.004
    [11] HU S W, LU J, XIAO F P. Evaluation of concrete fracture procedure based on acoustic emission parameters[J]. Construction and Building Materials, 2013, 47: 1249-1256. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2013.06.034
    [12] SALIBA J, MATALLAH M, LOUKILI A, et al. Experimental and numerical analysis of crack evolution in concrete through acoustic emission technique and mesoscale modelling[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2016, 167: 123-137. doi:  10.1016/j.engfracmech.2016.03.044
    [13] GOSZCZYŃSKA B. Analysis of the process of crack initiation and evolution in concrete with acoustic emission testing[J]. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2014, 14(1): 134-143. doi:  10.1016/j.acme.2013.06.002
    [14] SAGAR R V, PRASAD B K R. An experimental study on acoustic emission energy as a quantitative measure of size independent specific fracture energy of concrete beams[J]. Construction and Building Materials, 2011, 25(5): 2349-2357. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2010.11.033
    [15] 张璇子, 陈红迁, 王志勇. 混凝土材料三点弯曲破坏的声发射特性[J]. 实验力学,2010,25(4):457-462. (ZHANG Xuanzi, CHEN Hongqian, WANG Zhiyong. On the acoustic emission characteristics of concrete fracture subjected to three-point-bending[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2010, 25(4): 457-462. (in Chinese)
    [16] 胡钰泉, 胡少伟, 黄逸群. 带裂缝混凝土轴拉力学性能及Kaiser效应试验研究[J]. 水利水运工程学报,2019(3):67-75. (HU Yuquan, HU Shaowei, HUANG Yiqun. Experimental studies on mechanical properties and Kaiser effect of concrete with cracks under axial tensile stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019(3): 67-75. (in Chinese)
    [17] ZAKI A, CHAI H K, BEHNIA A, et al. Monitoring fracture of steel corroded reinforced concrete members under flexure by acoustic emission technique[J]. Construction and Building Materials, 2017, 136: 609-618. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2016.11.079
    [18] 范向前, 胡少伟, 陆俊. 不同配筋率对钢筋混凝土三点弯曲梁断裂韧度的影响[J]. 水电能源科学,2013,31(12):117-121. (FAN Xiangqian, HU Shaowei, LU Jun. Effects of various reinforcement ratio on fracture toughness of reinforced concrete for three-points bending beams[J]. Water Resources and Power, 2013, 31(12): 117-121. (in Chinese)
    [19] 巩妮娜, 胡少伟, 范向前, 等. 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征研究[J]. 防灾减灾工程学报,2019,39(1):171-179. (GONG Ni’na, HU Shaowei, FAN Xiangqian, et al. Study on acoustic emission characteristics during I-II mixed mode fracture process in concrete[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2019, 39(1): 171-179. (in Chinese)
    [20] 纪洪广, 刘翔宇, 曾鹏, 等. 高强混凝土单轴压缩声发射频率特征试验研究[J]. 应用声学,2016,35(3):248-254. (JI Hongguang, LIU Xiangyu, ZENG Peng, et al. Experimental studies of frequency characteristics of the acoustic emission of the high-strength concrete under the uniaxial compression process[J]. Journal of Applied Acoustics, 2016, 35(3): 248-254. (in Chinese)
  • [1] 王继敏, 白银, 丁建彤, 毛学工, 蔡跃波.  混凝土碱-骨料反应长期膨胀变形预测模型研究进展 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 1-12. doi: 10.12170/20210805001
    [2] 郝岩, 丁明波, 鲁锦华, 秦训才, 刘德安.  钢板混凝土复合加固铁路重力式桥墩抗震性能研究 . 水利水运工程学报, 2022, (6): 1-7. doi: 10.12170/20211116001
    [3] 肖洋, 彭刚, 黄超, 罗曦, 彭竹君.  压剪共同作用下混凝土的损伤演化研究 . 水利水运工程学报, 2018, (2): 112-119. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.02.015
    [4] 胡少伟, 王阳.  不同冻融方式下混凝土双K断裂韧度对比试验 . 水利水运工程学报, 2018, (2): 90-96. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.02.012
    [5] 肖洋, 彭刚, 王乾峰, 罗曦.  考虑率效应的混凝土压剪强度及破坏准则试验研究 . 水利水运工程学报, 2018, (4): 46-53. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.007
    [6] 肖杰, 彭刚, 邓媛, 王孝政, 罗曦.  循环加卸载下混凝土滞回环特性研究 . 水利水运工程学报, 2016, (6): 97-102.
    [7] 马小亮, 彭刚, 肖杰, 胡伟华.  不同加载速率下混凝土损伤阶段的划分 . 水利水运工程学报, 2016, (6): 90-96.
    [8] 赵井辉, 刘福胜, 韦梅, 程明.  花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响 . 水利水运工程学报, 2016, (2): 39-45.
    [9] 王孝政, 彭刚, 罗曦, 肖杰.  混凝土单轴循环加卸载试验及声发射特性 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 92-97.
    [10] 江培情, 王立成.  基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则 . 水利水运工程学报, 2015, (1): 74-81.
    [11] 胡少伟, 米正祥.  钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟 . 水利水运工程学报, 2015, (3): 9-17.
    [12] 莫卓凯, 董伟, 吴智敏, 曲秀华.  混凝土K-R阻力曲线的实用解析方法 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 9-17.
    [13] 洪斌.  基于可靠度随机有限元法的海洋混凝土结构耐久性分析 . 水利水运工程学报, 2014, (2): 26-32.
    [14] 范向前, 胡少伟, 陆俊.  基于声发射信号表征混凝土断裂过程的异常现象 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 26-31.
    [15] 徐港, 苏义彪, 王青, 邓庆.  基于图像处理技术的混凝土碳化深度测量 . 水利水运工程学报, 2013, (3): 21-24.
    [16] 赵联桢, 杨平, 刘成.  混凝土早期力学性能试验研究 . 水利水运工程学报, 2013, (1): 35-40.
    [17] 林凯生,李宗利.  高孔隙水压作用下混凝土渗流-损伤耦合模型 . 水利水运工程学报, 2010, (2): -.
    [18] 陈迅捷,欧阳幼玲.  海洋环境中混凝土抗冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2009, (2): -.
    [19] 贲能慧,任旭华,许朴.  复杂多滑动面混凝土重力坝稳定分析与安全评价 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [20] 魏巍巍,贡金鑫,李龙.  使用荷载下圆形截面钢筋混凝土构件钢筋应力的计算 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
  • 加载中
图(9) / 表 (2)
计量
  • 文章访问数:  307
  • HTML全文浏览量:  155
  • PDF下载量:  16
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-25
  • 网络出版日期:  2020-10-16
  • 刊出日期:  2020-12-25

/

返回文章
返回