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PVA纤维混凝土损伤演化声发射监测及破坏机理研究

作　者: 曹海
导　师: 李冬生
学　校: 大连理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: PVA纤维混凝土声发射损伤评价健康监测耐久性
分类号: TU528.572
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚乙烯醇纤维(PVA)是一种理想的环保型水泥增强材料,它分散性好,易于施工,与水泥具有良好的亲和性,与混凝土复合之后提高了其耐久性、抗裂性能与韧性,目前在土木工程结构中得到了广泛的应用。外界因素如盐碱腐蚀、温度变化、机械振动等都会造成混凝土的内部损伤和性能的退化,影响混凝土材料的使用寿命。因此研究和分析PVA纤维混凝土材料的特性并掌握混凝土结构状态是非常必要的,本文提出采用声发射技术监测其损伤演化过程。本文主要研究内容如下：首先,利用唐春安教授课题组研发的真实破裂过程分析(RFPA-2D)软件对水泥基胶结材料的渐进破坏过程进行模拟。建立混凝土材料在三点弯曲荷载条件下的数值模型,利用数值分析结果定性分析混凝土中PVA纤维对混凝土抗弯强度和韧性的影响。此外,还建立水泥胶砂材料在温度影响下的数值模型,分析PVA纤维在水泥基体中的抗冻阻裂作用。其次,通过对掺入聚乙烯醇(PVA)纤维混凝土试件进行三点抗弯的声发射试验,来研究它的损伤失效机理。通过三点弯曲试验,得到了PVA纤维腐蚀前后混凝土的抗弯强度；基于加载全过程的声发射特征信号,根据声发射幅值、计数和能量相关图,并通过比较腐蚀前后PVA纤维混凝土声发射信号,揭示了PVA纤维腐蚀混凝土抗弯强度下降的原因及其损伤机理；借鉴NDIS-2421定量评定标准、裕度指标、Kurtosis指标、b值指标等对PVA纤维混凝对混凝土试件的损伤情况做出定性评价,分析PVA纤维在腐蚀前后混凝土中的作用。发现PVA纤维混凝土弯曲损伤明显分为三个阶段,未腐蚀PVA纤维混凝土试件的裕度值较均匀。最后,通过对掺入聚乙烯醇(PVA)纤维的水泥胶砂试件进行温度疲劳声发射试验,来研究PVA纤维水泥胶砂材料的损伤演化机理。通过温度疲劳试验,得到了PVA纤维水泥胶砂试件实时的声发射监测数据；基于试验全过程的声发射特征信号,根据声发射信号相关图,并比较不同掺量PVA纤维水泥胶砂试件的声发射信号,揭示了PVA纤维水泥胶砂材料的损伤演化过程；利用裕度指标分析声发射信号,对水泥胶砂的损伤程度做出定性的评估。此外,通过计算声发射特征信号的Kurtosis指标和b值指标,发现PVA纤维水泥胶砂材料的温度疲劳损伤有三个明显的阶段。以上研究初步获得了PVA纤维对水泥基胶结材料的耐久特性与损伤的影响。文中给出盐雾腐蚀和温度疲劳荷载条件下PVA纤维混凝土损伤声发射监测及其评价方法,为进步研究PVA纤维混凝土的性能提供参考,并对PVA纤维混凝土的应用具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-15
  1.1 课题来源与研究价值  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题研究意义与研究价值  11-12
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  12-14
    1.2.1 纤维混凝土材料发展现状  12
    1.2.2 声发射技术的发展及其在混凝土领域的应用  12-14
  1.3 存在的问题及本论文研究目标  14-15
    1.3.1 存在的问题  14
    1.3.2 研究目标  14-15
2 声发射基本理论  15-22
  2.1 声发射的产生  15-16
  2.2 声发射信号  16-20
    2.2.1 声发射信号波形分类  16-17
    2.2.2 声发射信号特征参数  17-20
  2.3 声发射信号评价方法  20-21
    2.3.1 概论  20
    2.3.2 声发射信号参数评价方法  20-21
    2.3.3 声发射信号波形分析  21
  2.4 本章小结  21-22
3 基于RFPA的混凝土损伤数值模拟  22-33
  3.1 概述  22
  3.2 RFPA数值模拟基本原理  22-25
    3.2.1 RFPA数值模拟基本思路  22-23
    3.2.2 RFPA数值模拟材料特性参数  23-24
    3.2.3 RFPA数值模拟损伤准则  24-25
  3.3 基于RFPA的PVA纤维混凝土三点弯曲荷载下损伤过程的数值模拟  25-29
    3.3.1 三点弯曲加载模型建立与数值参数分析  25-26
    3.3.2 加载结果及破坏过程分析  26-29
  3.4 基于RFPA的PVA纤维混凝土温度荷载下劣化过程的数值模拟  29-32
    3.4.1 温度环境模型建立与参数设置  29-30
    3.4.2 温度环境影响下模拟结果及混凝土劣化分析  30-32
  3.5 本章小结  32-33
4 盐雾腐蚀条件下PVA纤维混凝土声发射特性研究  33-55
  4.1 概述  33
  4.2 实验方案  33-35
    4.2.1 试件制备  33-34
    4.2.2 加载设备与方法  34
    4.2.3 实验数据采集设备  34-35
  4.3 实验结果与分析  35-46
    4.3.1 PVA纤维混凝土抗弯强度实验分析  35-37
    4.3.2 PVA纤维混凝土三点弯曲荷载作用下声发射特征参数分析  37-46
  4.4 PVA纤维混凝土材料损伤演化过程评价  46-54
    4.4.1 NDIS-2421损伤评价准则  46-48
    4.4.2 裕度指标评价PVA纤维混凝土损伤演化  48-49
    4.4.3 基于声发射事件的强度分析  49-54
  4.5 本章小结  54-55
5 温度疲劳条件下PVA纤维混凝土声发射特性研究  55-72
  5.1 概述  55
  5.2 实验方案  55-57
    5.2.1 试件制备  55-56
    5.2.2 载荷工况  56
    5.2.3 声发射信号采集系统  56-57
  5.3 PVA纤维混凝土温度疲劳荷载下声发射信号特征参数分析  57-67
    5.3.1 基于声发射信号特征参数的损伤演化分析  57-62
    5.3.2 基于声发射信号幅值-时间的损伤劣化过程描述  62-67
  5.4 温度疲劳荷载下PVA纤维混凝土损伤劣化过程分析评价  67-71
    5.4.1 裕度指标评估PVA纤维水泥胶砂损伤  67-68
    5.4.2 Kurtosis指标评价PVA纤维水泥胶砂损伤演化  68-70
    5.4.3 b值评价PVA纤维水泥胶砂损伤演化  70-71
  5.5 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  78-79
致谢  79-80

PVA纤维混凝土损伤演化声发射监测及破坏机理研究

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