混凝土受载试验全过程声发射特性研究与应用.pdf

第 1 8卷第 3 期 2 0 1 5年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo1 1 8， NO 3 J u n ， 2 0 1 5 文章编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 O 1 5 ) O 3 一 O 3 8 O O 7 混凝 土受载试 验全 过程声发射特 性研 究与应用 赖 于树 ， 熊 燕 。 ， 程 龙 飞 ( 1 重庆三峡学院 电子与信息工程学院 ， 重庆 4 0 4 0 0 0 ；2 重庆三峡学院 信号与信息处理重点 实验 室 ， 重 庆 4 0 4 0 0 0 ； 3 重庆 三 峡学 院 土木 工程 学 院 ，重庆 4 0 4 0 0 0 ) 摘要：利用微机控制力学试验机和 S AEU2 S数 字声发射 系统对混凝土试件进行 了单轴 受压声发 射试验 ， 研究了混凝土试件破裂全过程的声发射特征 ， 重点探讨 了频谱特征 、 能量 变化 、 声发射 事 件 计数 率 等与试 件 失稳破 损 过程 各 阶段 的对应 关 系 试验 表 明混凝 土试 件 的 失稳 破 坏 并 不是 瞬 间 完成的， 而是 内部显微裂纹扩展形成更大的宏观裂纹， 并最终贯通导致破坏的过程 声发射事件 伴 随试件 受力压密与弹性 变形、 塑性变形及裂纹贯通破损的全过程 ， 在不 同阶段具有显著不 同特征 以此为判据 ， 设计 了混凝土工程稳定性声发射预誓试验 系统， 验证表 明该 系统 能够反映 出混凝土 工程失稳情况， 及时准确发 出预警信息 关键词 ： 混凝土；声发射；信号处理 ；稳定性预警 系统 中 图分类 号 ： TU4 5 ； TH8 7 8 文献标 志 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 3 0 0 5 S t u d y o f Ch a r a c t e r i s t i c s o f Ac o u s t i c Emi s s i o n d u r i n g En t i r e Lo a di n g Te s t s o f Co n c r e t e a nd I t s Appl i c a t i o n L A工Y u s h u 一， XI O NG Y a n ， C HE NG L o n g f e i 。 ( 1 C o l l e g e o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g，Ch o n g q i n g Th r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ，C h o n g q i n g 4 0 4 0 0 0 ，Ch i n a ； 2 Ke y L a b o r a t o r y o f S i g n a l a n d I n f o r ma t i o n P r o c e s s i n g，Ch o n g q i n g Th r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ，Ch o n g q i n g 4 0 4 0 0 0，Ch i n a ； 3 C o l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ch o n g q i n g Th r e e Go r g e s Un i v e r s i t y ，Ch o n g q i n g 4 0 4 0 0 0 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e a c o u s t i c e mi s s i o n( AE)t e s t o f a c o n c r e t e s p e c i me n S U b j e c t e d t o u n i a x i a l c o mp r e s s i o n wa s c a r r i e d o u t b y CNC me c h a n i c a l t e s t i n g ma c h i n e a n d S AEU2 S d i g i t a l a c o u s t i c e mi s s i o n s y s t e mTh e d a ma g e p r o c e s s i n a c o n c r e t e s p e c i me n wa s mo n i t o r e d b y me a n s o f t h e p r o p a g a t i n g AE s i g n a l b e c a u s e o f c r a c k g r o wt h Th e f r e q u e n c y s p e c t r u m c h a r a c t e r ，e n e r g y c h a n g e c u r v e ，AE c o u n t s ，AE r a t e ，a n d t h e r e l a t i o n s be t we e n t he m a n d t i me we r e di s c us s e d i n de t a i l The e xp e r i me nt s s ho w t h a t t he f a i l u r e o f c on c r e t e s p e c i m e n i s no t i n s t a nt a ne o us，bu t i s s uc h a t r a n s i t i on f r om i n t e r na l d i f f u s e d mi c r o c r a c ki n g t o l o c a l i s e d ma c r oc r a c k s a n d e v e n t u a l l y t o p e n e t r a t i n g f r a c t u r e Ac o u s t i c e mi s s i o n c a n b e d e t e c t e d i n t h e wh o l e p r o c e s s ， whe t h e r t ha t i s e mi t t e d i n t he i n i t i a l c o mpa c t i o n a nd e l a s t i c de f o r m a t i on s t a ge，or l a t e r i n pl a s t i c de f o r m a t i on a n d p e ne t r a t i n g f r a c t u r e d a ma ge s t a ge I n d i f f e r e n t s t a g e s t he a c o us t i c e m i s s i on ha s s i gn i f i c a nt l y d i f f e r e nt c ha r a c t e r i s t i c s Ba s e d on t hi s t he o r y，a c on c r e t e s t r u c t u r e s t a bi l i t y a c o us t i c e mi s s i o n wa r ni ng s ys t e m wa s d e s i g n e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m i s a b l e t o c o r r e c t l y r e f l e c t t h e i n s t a b i l i t y s t a t u s o f t h e c o n c r e t e s t r u c t u r e ，a n d t i me l y a n d a c c u r a t e l y g i v e wa r n i n g i n f o r ma t i o n Ke y wo r d s ：c o n c r e t e ；a c o u s t i c e mi s s i o n( AE) ；s i g n a l p r o c e s s i n g；s t a b i l i t y wa r n i n g s y s t e m 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 1 6；修订 日期 ： 2 0 1 4 0 1 1 9 基金项 目： 重 庆市基 础与前 沿研 究计划项 目( c s t e 2 0 1 4 j c y j A3 0 0 0 6 ) ； 重庆市教 委科技项 目( K J 1 4 0 1 0 2 2 ) l 重庆高 校创新 团队建设计 划项 目 ( KJ TD2 01 3 2 0 ) 第 一作者 ： 赖于树( 1 9 7 6 一) ， 男 ， 重庆人 ， 重庆三峡学院教授 ， 硕士生导师 ， 博士 E ma i l ： l a s e r 1 2 1 s i n a e o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 6 建筑材料学报 第 1 8 卷 l i s h i n g Ho u s e， 2 0 0 4： 3 2 4 8 ( i n Ch i n e s e ) 2 纪洪广 ， 裴广 文 ， 单 晓 云 混 凝 土材 料声 发 射技 术研 究综 述 C J 应用声学 ， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 4 ) ： 1 - 5 J I Ho n g g u a n g， PEI Gua n g we n， SHAN Xi a o y u n Te c h n i q u e o f a c o u s t i c e mi s s i o n f o r c o n c r e t e ma t e r i a l J Ap p l i e d Ac o u s t ic s ， 2 0 0 2， 2 1 ( 4 )： 1 - 5 ( i n Chi n e s e ) 3 王彬 ， 顾建祖 ， 骆英 ， 等 预应力钢筋混凝土粱破坏过程 的声发 射特性 实 验 研 究 J 防 灾 减 灾 工 程 学 报 ， 2 0 0 6 ， 2 6( 4 ) ： 4 5 3 - 4 57 WANG Bi n， GU J i a n z u， LU0 Yi n g， e t a 1 S t u d y o n t h e AE c h a r a c t e r i s t i c s o f c r a c k i n g pr o c e s s i n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a ms J J o u r n a l o f D i s a s t e r P r e v e n t i o n a n d Mi t i g a t i o n E n g i n e e r i n g， 2 0 0 6， 2 6 ( 4 )： 4 5 3 45 7 ( i n Ch i n e s e ) 4 尹贤刚 受载岩石与混凝 土声发射 特性对 比实验研 究 J 四 川大学学报 ； 工程科学版 ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 2 ) ： 8 3 8 7 YI N Xi a n g a n g Co n t r a s t s t u d y o n t h e a c o u s t i c e mi s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f c o mp r e s s i v e r o c k a n d c o n c r e t e t h r o u g h e x p e r i me n t J J o u r n a l o f S i c h u a n Un i v e r s i t y ： En g i n e e r i n g S c i e n c e ， 2 O 1 O， 4 2( 2 )： 8 3 8 7 ( i n Ch i n e s e ) 5 C ARP I NTE RI A， I NVE RNI Z Z I S ， L AC I D oGNA G， e t a 1 St a b i l i t y o f t h e v e r t i c a l b e a r i n g s t r u c t u r e s o f t h e Sy r a c u s e Ca t h e d r a l ： Ex p e r i me n t a l a n d n u me r i c a l e v a l u a t i o n J Ma t e r St r u c t ， 2 0 0 8， 4 2： 8 7 7 - 8 8 8 6 邵志 学 ， 石 立 华 ， 张 琦 混凝 土超 声 检测 技术 的 研究 与实 现 J 振动 测试与诊 断 ， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 3 ) ： 3 9 8 4 0 1 S HA O Z h i x u e ， S HI L i h u a ， Z HANG Qi Re s e a r c h a n d r e a l i z a t i o n o f c o n c r e t e u l t r a s o n i c d e t e c t i n g t e c h n o l o g y J J o u r n a l o f Vi b r a t i o n， M e a s ur e me n t Di a g n o s i s， 2 0 1 2， 3 2 (3 )： 3 9 8 4 0 1 ( i n Chi n e s e ) 7 C ARP I NT ER I A， L AC I D OGNA G， NI C C OL I NI G， e t a 1 Cr i t i c a l d e f e c t s i z e d i s t r i bu t i on s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s d e t e c t e d b y t h e a c o u s t i c e mi s s i o n t e c h n i q u e J Me c c a n i c a ， 2 0 0 8 ， 43： 3 4 9 3 6 3 8 L AC I D OGNA G， C ARP I NTE RI A， MANUE L L O A Ac o u s t i c a n d e l e c t r o ma g n e t i c e m i s s ion s a s p r e c ur s o r ph e no m e n a i n f a i l u r e p r o c e s s e s J S t r a n ， 2 0 1 1 ， 4 7 ( 2 ) ： 1 4 4 - I 5 2 9 R EN Q， B AR0N L， B AL AZ I NS KI MF u z z y i d e n t i f i c a t i o n o f c u t t i n g a c o u s t i c e m i s s i o n wi t h e x t e nd e d s u b t r a c t i v e c l us t e r a n a l y s i s J No n l i n e a r Dy n a mi c s ， 2 0 1 2 ， 6 7 ： 2 5 9 9 2 6 0 8 1 O 谢和平 岩石 、 混凝土损伤力学 M 徐州 ： 中国矿业大学 出版 社 ， 1 9 9 8： 1 8 9 2 0 1 XI E He p i n g Ro c k ， c o n c r e t e d a ma g e me c h a n i c s M Xu z h o u ： Chi n a Un i ve r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y P r e s s， 1 9 9 8： 1 8 9 2 O 1 ( i n Ch i n e s e ) 1 1 纪洪广 ， 王基才 ， 单晓云 ， 等 混凝土材料声发射过程分形特 征 及其在断裂分析中的应用 J 岩石力学与工 程学报 ， 2 0 0 1 ， 2 O ( 6 )z 8 0 1 8 0 4 J I Ho n g g u a n g ， WANG J i c a i ， S HAN Xi a o y u n， e t a 1 F r a c t a l c ha r a c t e r i s t i c s o f AE p r o c e s s o f c o n c r e t e m a t e r i a l a n d a p p l i c a t i o n t o t h e f r a c t u r e a n a l y s e s J Ch i n e s e J o u r n a l o f Ro c k Me e h a ni c s a nd En g i n e e r i n g， 2 0 01 ， 2 O( 6 ) ： 8 01 - 8 0 4 ( i n Ch i n e s e ) 1 2 S CHI AVI A， NI C C OL I NI G， TARI Z Z O P Ac o u s t i c e mi s s i o n s a t h i g h a n d l o w f r e qu e n c i e s d ur i n g c o mp r e s s i o n t e s t s i n b r i t t l e ma t e r i a l s J S t r a n， 2 0 1 1 ， 4 7 ( 2 ) ： 1 0 5 1 l O 1 3 3 陈兵 ， 姚武 ， 张东 ， 等 混凝 土梁破坏机制 的声发射特性试验 研 究 口 建筑材料学报 ， 2 0 0 1 ， 4 ( 4 ) ； 3 3 2 3 3 8 CHEN Bi n g， YAO W u， ZHANG Do n g， e t a 1 S t u d y o n t h e AE c h a r a c t e r i s t i c s o f f r a c t u r e p r o c e s s o f c o n c r e t e b e a ms E J J o u r na l o f Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 01 ， 4( 4 )： 3 3 2 3 3 8 ( i n Ch i n e s e ) 1 4 1 欧 阳利军 ， 陆洲导 ， 赵艳林 ， 等 混凝土结构声 发射检测参 数设 置研 究 J 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 5 ) ： 3 7 4 1 0UYA NG L i j u n， L U Z h o u d a o ， ZHAO Y a n l i n， e t a 1 T h e s e t rin g o f a c o u s t i c e mi s s i o n d e t e c t i n g p a r a me t e r s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e J J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a n z h u Un iv e r s i t y ， 2 0 0 8 ， 3 O ( 5 )： 3 7 41 ( i n Chine s e ) 1 5 李俊平 ， 周创兵 岩体 的声 发射特 征试验研 究 J 岩土力学 ， 2 0 0 4， 2 5 ( 3 )： 3 7 5 - 37 8 LI J u n p i ng，ZHOU Chu a n g b i n g Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n a c o u s t i c e m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f r o c k m a s s J R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s， 2 0 0 4， 2 5 ( 3 )： 3 7 5 - 37 8 ( i n Ch i n e s e ) 1 6 C AR P I NTE R I A， L AC I D OGNA G， MANUE L L O ATh e b - v a l u e a n a l y s i s f o r t h e s t a b i l i t y i nv e s t i g a t i o n o f t h e a n c i e n t At h e n a Te mp l e i n S y r a c u s e J S t r a i n ，2 0 1 1 ，4 7( s 1) ： 2 4 3 2 5 3 1 7 R A0 M V M S， P R AS ANNA L AKs HMI K J An a l y s i s o f b v a l u e a n d i mp r o v e d b - v a l u e o f a c o u s t i c e mi s s i o n s a c c o mp a n y i n g r o c k f r a c t u r e J C u r r e n t S c i e n c e ，2 0 0 5 ，8 9(9) ： 1 5 7 7 - 1 5 8 2 1 8 赖 于树 ， 熊燕 ， 程龙飞 受 载混凝 土破坏 全过程 声发射信 号频 带 能量特 征 J 振动与冲击 ， 2 0 1 4 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 1 7 7 1 8 2 LAI Yu s h u， XI ONG Ya n。 CH ENG Lo n gf e i Fr e q u e n c y b a n d e n e r g y c h a r a c t e r i s t i c s o f c o nc r e t e a c o u s t i c e mi s s i o n s i g n a l s d u r i n g t h e d a ma g e p r o c e s s u n d e r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n J J o u r n a l o f Vi b r a t i o n a n d S h o c k ， 2 0 1 4 ， 3 3( 1 0 ) ： 1 7 7 1 8 2 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m