钢筋水泥净浆同轴构件弯剪破坏过程的电磁特性初探

摘要

混凝土的损伤演化是其内部裂缝产生和扩展的过程,伴随损伤程度的发展,混凝土的电磁特性会产生相应变化。为探究钢筋混凝土构件损伤破坏过程中的力–电行为之间的关系和电磁波在其中的传播特性,借鉴同轴电缆结构,以中间和外部的钢筋为内、外导体,将介质相对较为均匀的水泥净浆作为电介质,设计了智能同轴钢筋水泥净浆构件(reinforced cement paste coaxial component,RCPCC)。根据电磁学的基本原理,对RCPCC构件进行了有限元分析,建立了反映RCPCC结构特点的损伤元件的等效电路简化模型及相应的电参数表达式,并据此分析了损伤程度对构件交流电路参数(串联阻抗值、串联电容和相角值)的影响。基于此,设计了RCPCC的弯剪破坏试验,利用LCR测量仪测量构件的交流电路参数随弯剪破坏过程的变化情况,同时用频谱分析仪记录了基波峰值在破坏时的变化情况。结果表明:RCPCC构件的弯剪破坏过程可划分为3个阶段,对应每个阶段的电磁特性参数变化速率不同,损伤演化的速率与所测得构件相关电参数变化速率一致;在破坏过程中力学和电学行为存在本征的必然联系,裂缝损伤发展会使串联阻抗值增大,串联电容和相角值减小;构件内部裂缝的发展会减小对电磁波传播的阻碍,引起基波峰值增大,基波峰值可表征构件的破坏程度。试验结果所呈现的规律与理论模型分析结果具有很好的一致性,验证了模型的可靠性。