混凝土高温条件下水冷损伤后力学特性及受载过程的声电特征研究

摘要

本文建立了混凝土变形破裂单轴实验系统，主要研究了水冷却制度和单面加热方式对混凝土残余抗压强度的影响，分析了变形破裂过程中声发射主频以及电位信号的变化规律，实验结果表明：在加热温度≤400 ℃条件下，单面加热方式对混凝土抗压强度的劣化作用较弱，但是不同位置处的变形差异区别较大，距离较热面越近的位置，其轴向变形能力越大。同时由于温度场分布的不均匀，随着温度的升高混凝土内部结构的不均质性加大，受压变形过程中应变局部化现象严重。水冷却过程对于混凝土抗压强度的影响是多方面的，一方面在温度较低时能够促进凝胶体的水化过程，对强度的提升是有益的，而另一方面水的快速冷却作用使得混凝土结构内部微裂纹增加，使混凝土强度下降，温度越高，劣化作用越明显。 分析了单面加热后混凝土试样表面电位信号与应变场的变化规律，随着应力水平的增加，表面电位场与应变场的分布模式发生变化。在加载过程中，混凝土不同位置处所受应力状态随着外加应力的增加而发生改变，应变场的分布表现出很强的局部化特征，而且应力状态的改变有可能导致压电材料两侧电荷极性的改变，表面电位场出现符号相反的区域。 结合混凝土试样破坏声发射主频变化以及多重分形谱分析发现，在其整个变形破裂过程中小幅波动占主要地位，随着经历温度的升高，受压过程中低频信号越来越明显，并且其主频带有典型的低频高能量特点；通过统计分析，低频信号释放的能量占总释放能量的一半以上。 通过对比分析声发射信号与电位信号，发现声发射信号能够很好地反映出试件整体的损伤情况，但不能很好的表征某一区域由于应变局部化而造成的局部性损伤变化，而表面电位信号对试样局部破裂具有很好的响应，表面电位场可以反映混凝土表面损伤区域。研究结果对了解高温混凝土水冷却后力学特性及其损伤程度，评价混凝土结构火灾稳定性具有重要的理论及实际意义。

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