[发明专利]一种声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法

说明书

本发明公开了一种声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法。对混凝土梁进行三点弯断裂试验，利用声发射测试仪和应变测试仪分别监测断裂过程区在裂缝开展演化过程中的材料损伤与应变发展。根据初始缺口长度、临界断裂过程区长度、加载总时间及起裂时间，确定第一个临界断裂过程区破坏全过程所需要的时间t。根据时间t内材料损伤演化的声发射特征，拟合在时间t内材料损伤因子与断裂过程区应变发展之间的关系式，建立以应变为内变量的损伤因子表达式，进而得到混凝土单轴受拉应力应变关系模型。本发明方法对于开展混凝土本构理论及其试验研究具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构损伤监测方法，具体涉及声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法。

背景技术

混凝土的应力应变关系是混凝土结构分析与工程设计的基础理论，对正确评价混凝土结构非线性力学行为起着至关重要的作用。目前，一维损伤本构模型具有较好的完备性，但缺少有效的试验方法定量监测材料损伤的演化过程，即混凝土损伤本构理论缺少相应的试验观测方法。

混凝土受拉应力应变的试验测试方法一般采用三点弯断裂试验，以宏观断裂能的概念建立受拉应力应变关系式，忽略了断裂过程区微观裂缝演化的全过程。由于材料在外界作用下产生变形的同时，将以应力波的形式释放应变能，材料内部从不稳定的高能态向稳定逐渐过渡到稳定的低能态。

利用声发射技术监测材料内部释放的应力波，可以评价材料内部损伤的演化过程。因此，根据断裂力学和损伤力学原理，可以利用声发射技术监测断裂过程区微观裂缝发展引起的材料损伤演化过程。

发明内容

本发明针对目前混凝土一维损伤本构理论缺少试验观测的现状，提供一种基于声发射技术测定混凝土单轴受拉应力应变的方法。该方法操作简单、测量数据精度高、损伤观测结果准确，对于开展混凝土本构理论及其试验方法研究具有重要的应用价值。

本发明采用的技术方案为：一种声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法，包括以下步骤：

(1)对混凝土梁进行三点弯断裂试验，利用声发射测试仪和应变测试仪，分别监测初始缺口尖端断裂过程区的材料损伤与应变的发展。

(2)根据峰值荷载P_max对应的裂缝张口位移CMOD_C、试件弹性模量E_c计算初始缺口尖端临界断裂过程区的长度c_f，其中c_f的计算表达式为：

m₁(β)＝β(0.25-0.0505β^1/2+0.0033β) (2)

m₂(β)＝β^1/2(1.155+0.215β^1/2-0.0278β) (3)

m₃(β)＝-1.38+1.75β (4)

m₄(β)＝0.506-1.057β+0.888β² (5)

式中，l为试件跨度，b为试件厚度，h为试件高度，E_c为试件弹性模量，CMOD_C为峰值荷载P_max对应的裂缝口张开位移。

(3)根据初始缺口长度a₀、临界断裂过程区长度c_f、加载总时间T及起裂时间t₀，计算第一个临界断裂过程区从开始受力到完全断裂所需要的时间t，其中t的计算表达式为：

t＝t₀+t_c (8)