蘇 銘, 顧愛(ài)軍, 王舉國(guó)

(揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 揚(yáng)州 225009)

混凝土作為一種廣泛使用的建筑材料, 結(jié)構(gòu)易受到載荷、化學(xué)腐蝕等因素作用產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷,從而降低混凝土強(qiáng)度和穩(wěn)定性．為了確保建筑物的長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行,必須對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),同時(shí)需要在結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷或破壞前提供預(yù)警[1]．聲發(fā)射作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),常用于評(píng)估土木工程設(shè)施(橋梁、水壩等)腐蝕、損傷程度[2], 能夠監(jiān)視材料從開(kāi)始產(chǎn)生裂紋直至最終結(jié)構(gòu)失效全過(guò)程產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波,從而反映出材料內(nèi)部的裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展[3-5]．為了評(píng)估材料的損傷程度, 須對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理分析, 主要的方法有參數(shù)分析法和波形分析法兩大類[6]．參數(shù)分析法中,b值最早由Gutenburg和Richter提出, 用作地震震級(jí)頻度與活動(dòng)水平的重要參數(shù)[7]．由于巖石破壞過(guò)程與自然地震極為相似,b值作為一個(gè)特殊的參數(shù), 隨著材料構(gòu)造活動(dòng)模式改變而發(fā)生相應(yīng)變化[8], 眾多學(xué)者已將b值用于評(píng)估巖石損傷狀態(tài)．余潔等[9]通過(guò)單軸、三軸圍壓試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)b值經(jīng)歷一段時(shí)間波動(dòng)后產(chǎn)生較大幅度的下降; 劉希靈等[10]通過(guò)研究b值的變化, 發(fā)現(xiàn)灰?guī)r在單軸壓縮情況下從宏觀裂紋的產(chǎn)生至最終失穩(wěn)斷裂所經(jīng)歷的時(shí)間比在劈裂情況下更長(zhǎng); 宋義敏等[11]則利用b值的變化表征巖石受剪力條件下各階段裂紋尺度的大小; Liu等[12]發(fā)現(xiàn)巖石在沖擊荷載作用下, 由于載荷持續(xù)時(shí)間短,微裂紋沒(méi)有逐漸發(fā)展的時(shí)間,導(dǎo)致試驗(yàn)計(jì)算所得的b值整體偏小; Carpinteri等[13]將單一的綜合參數(shù)b值用來(lái)表征混凝土材料三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中從產(chǎn)生宏觀裂紋至最終斷裂的過(guò)程, 認(rèn)為b值的下降可代表材料出現(xiàn)局部損傷; Sagar等[14]發(fā)現(xiàn)在高加載速率下鋼筋混凝土梁裂紋的快速發(fā)展會(huì)導(dǎo)致b值降低; Schumacher等[15]通過(guò)b值的變化來(lái)評(píng)估混凝土加載時(shí)的損傷、斷裂情況, 認(rèn)為宏觀裂紋的產(chǎn)生常常是載荷變化造成的,b值在一定程度上可以反映外載荷的變化; 曹海[16]在研究不同聚乙烯醇(PVA)纖維摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響時(shí), 利用b值實(shí)現(xiàn)了對(duì)試件損傷情況的分段, 并進(jìn)行了對(duì)比評(píng)估; Farhidzadeh等[17]將b值的減小作為混凝土內(nèi)部損傷累積的重要指標(biāo); 王宇[18]研究預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁三點(diǎn)彎曲分級(jí)加載試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 根據(jù)加載階段分段計(jì)算的b值變化規(guī)律不明顯且上下波動(dòng),認(rèn)為其主要的原因是擬合的a、b兩個(gè)值同時(shí)在變化,相互影響,并首次提出將a取平均值后固定,再對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行擬合得到的ba值更能反映材料從微觀裂紋向宏觀裂紋轉(zhuǎn)變的過(guò)程．但此方法在每級(jí)加載階段僅計(jì)算得到1個(gè)ba值, 不能反映加載階段、荷載保持階段ba值的具體變化情況．

基于上述理論依據(jù)及ba值存在的缺陷, 本文擬通過(guò)鋼筋混凝土梁四點(diǎn)彎曲分級(jí)加載試驗(yàn)、素混凝土梁四點(diǎn)彎曲連續(xù)加載試驗(yàn), 將加載階段細(xì)分為多段,進(jìn)一步分析ba值變化規(guī)律,并提出一種可能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)損傷、失效的方法．

1 b值理論

1.1 G-R公式

在地震學(xué)中, Gutenburg和Richter于1941年建立了地震震級(jí)與頻度之間的定量關(guān)系式G-R公式:

lgN=a-bM,

(1)

其中N為地震次數(shù);M為地震震級(jí);a,b為常數(shù)．從物理意義上,b值反映大地震與小地震之間的比例關(guān)系．b值增大代表著小地震的比例增大; 反之, 大地震的比例增大．根據(jù)研究與實(shí)驗(yàn)證明b值在地震波即將到達(dá)前或巖石處于臨界破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生較為明顯的波動(dòng), 所以可以將b值作為判斷一定范圍內(nèi)地震活動(dòng)的相關(guān)參數(shù)．同時(shí), 由于聲發(fā)射現(xiàn)象與地震的產(chǎn)生原理類似, G-R公式也被廣泛應(yīng)用于聲發(fā)射分析．當(dāng)聲發(fā)射試驗(yàn)中采用速度傳感器時(shí), 式(1)變?yōu)閇19]

lgNM=a-bAdB/20,

(2)

其中NM為聲發(fā)射信號(hào)幅值超過(guò)M時(shí)的聲發(fā)射事件數(shù), 同時(shí)將聲發(fā)射幅值轉(zhuǎn)換為以分貝為單位的AdB．

1.2 b值與ba值的計(jì)算方法

在地震學(xué)中,b值的計(jì)算方法主要有最小二乘法與極大似然法．本文采用最小二乘法來(lái)計(jì)算, 具體計(jì)算公式為

(3)

其中Ai為第i檔的中數(shù); Δx為聲發(fā)射事件分檔間距．將某時(shí)間窗內(nèi)的聲發(fā)射數(shù)據(jù)根據(jù)幅值從29.5 dB開(kāi)始, 以5 dB為步長(zhǎng)進(jìn)行分組．例如: 幅值大于29.5 dB且小于等于34.5 dB的聲發(fā)射事件作為一組數(shù)據(jù), 記為32 dB．以AdB/20為橫坐標(biāo), logNM為縱坐標(biāo)進(jìn)行擬合, 可得到相應(yīng)的a,b值．

2 試驗(yàn)方案

通過(guò)兩組試驗(yàn),即鋼筋混凝土梁四點(diǎn)彎曲分級(jí)加載試驗(yàn)和素混凝土梁四點(diǎn)彎曲連續(xù)加載試驗(yàn),進(jìn)行聲發(fā)射幅值、能量、振鈴計(jì)數(shù)及聲發(fā)射b值和ba值分析．

試驗(yàn)一: 使用四點(diǎn)彎曲的方法對(duì)一組150 mm×180 mm×1 500 mm的鋼筋混凝土梁分級(jí)加載, 每級(jí)加載20 kN, 然后維持一段時(shí)間, 讓裂紋充分發(fā)展, 再進(jìn)行下一級(jí)加載, 直至梁破壞失效．采用325水泥, 混凝土強(qiáng)度為C30, 配合比為m(水)∶m(水泥)∶m(砂)∶m(碎石)=0.4∶1∶1.137∶2.652, 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件28 d以上, 混凝土實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度為34 MPa, 抗拉強(qiáng)度為2.7 MPa, 鋼筋混凝土梁為適筋梁, 其配筋圖如圖1所示．

圖1 鋼筋混凝土梁配筋圖(mm)Fig.1 Reinforcement of reinforced concrete beam

試驗(yàn)二: 使用四點(diǎn)彎曲的方法對(duì)一組150 mm×180 mm×1 500 mm素混凝土梁進(jìn)行2 mm·min-1位移控制加載, 直至梁破壞失效．采用的混凝土與試驗(yàn)一相同．

采用WDI-AST型寬頻聲發(fā)射傳感器(美國(guó)物理聲學(xué)公司, 美國(guó))對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收, 考慮到試驗(yàn)加載條件及環(huán)境,所以本次試驗(yàn)過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)采集門(mén)檻設(shè)定為30 dB．加載系統(tǒng)為CSS-44 050型號(hào)的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所,長(zhǎng)春), 并配以工字梁進(jìn)行加載．將4個(gè)傳感器分別布置在梁的上下表面, 為確保耦合,使用硅脂涂抹在兩者接觸面的位置, 并用有伸縮性的綁帶加以固定, 如圖2所示．

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 聲發(fā)射常規(guī)參數(shù)分析

本文常規(guī)參數(shù)分析選擇能量、振鈴計(jì)數(shù)、幅值對(duì)鋼筋混凝土梁和素混凝土梁四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)過(guò)程中采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析．圖3是鋼筋混凝土梁的聲發(fā)射主要參數(shù)隨時(shí)間變化圖．圖3(a)顯示,聲發(fā)射事件大部分出現(xiàn)在分級(jí)加載的過(guò)程中, 且幅值超過(guò)8 dB的事件很少,主要集中于70 dB以下, 少量事件發(fā)生在保持荷載平穩(wěn)期, 且幅值均小于前一級(jí)加載過(guò)程中的聲發(fā)射幅值．圖3(b)(c)顯示能量釋放和振鈴計(jì)數(shù)變化規(guī)律較為相似．可以清楚地發(fā)現(xiàn),在試驗(yàn)過(guò)程中大部分時(shí)間內(nèi), 能量釋放、振鈴計(jì)數(shù)比較均衡, 但是存在某些大幅度突變的時(shí)間點(diǎn), 說(shuō)明在出現(xiàn)大量能量釋放和振鈴計(jì)數(shù)之前, 梁內(nèi)部是處于累積能量的過(guò)程．而高能量、多振鈴計(jì)數(shù)的突變點(diǎn),往往象征著材料內(nèi)部裂紋發(fā)生劇烈變化．所以根據(jù)兩者的變化規(guī)律,將鋼筋混凝土梁四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)從開(kāi)始加載直至破壞的過(guò)程分為4個(gè)階段: 1) 0～103 s, 加載初期幾乎沒(méi)有能量釋放以及振鈴計(jì)數(shù)出現(xiàn), 原因是剛開(kāi)始施加的載荷較小, 這部分載荷將制作混凝土?xí)r原有的孔隙、微裂紋壓實(shí), 可以認(rèn)為梁發(fā)生彈性變形．加載到約6 kN時(shí), 聲發(fā)射能量開(kāi)始出現(xiàn)幅度小、稍密集的變化,直至載荷達(dá)到約16 kN, 聲發(fā)射能量出現(xiàn)第一個(gè)峰值(7 208 mV·μs), AE信號(hào)密集出現(xiàn), 前面累積的能量一瞬間在此刻釋放, 說(shuō)明梁內(nèi)部形成微破裂帶, 但試件表面未見(jiàn)宏觀裂紋; 2) 103～489 s, 通過(guò)第一個(gè)峰值能量的集中釋放后, 能量釋放比較緩慢, 進(jìn)入穩(wěn)定的階段．隨著第二級(jí)加載階段荷載的增加, 能量與振鈴計(jì)數(shù)出現(xiàn)小幅度波動(dòng), 說(shuō)明混凝土新微裂紋不斷增多或舊的裂紋繼續(xù)向梁上緣擴(kuò)展,同時(shí)伴有斜向的擴(kuò)展趨勢(shì)．第489秒加載至約54 kN時(shí), 能量出現(xiàn)第二個(gè)峰值點(diǎn)(47 619 mV·μs), 也是試驗(yàn)過(guò)程中最大的點(diǎn),振鈴計(jì)數(shù)高達(dá)62 212, 宏觀裂紋產(chǎn)生, 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的損傷; 3) 488～1 151 s由于骨料的阻裂作用, 峰值后再次出現(xiàn)較為穩(wěn)定的裂紋擴(kuò)展的階段．雖然載荷在增加, 但是能量、振鈴計(jì)數(shù)連續(xù)3個(gè)加載階段處于較低的水平．新裂紋仍然不斷出現(xiàn), 原先的裂紋繼續(xù)向上擴(kuò)展,寬度也在不斷增長(zhǎng), 但由于鋼筋的作用會(huì)限制一部分裂紋擴(kuò)展．至第1 152秒載荷達(dá)到約112 kN時(shí)再次出現(xiàn)峰值點(diǎn)(14 877 mV·μs), 這是混凝土結(jié)構(gòu)失效的前兆; 4) 1 152 s后, 加載曲線發(fā)生彎曲且載荷出現(xiàn)2次較為明顯的下降, 混凝土即將達(dá)到極限荷載, 第1 205秒載荷達(dá)到最大值117.7 kN, 第1 210 秒出現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中第二大能量峰值點(diǎn)(27 755 mV·μs), 振鈴計(jì)數(shù)為48 348, 混凝土失去承載能力, 梁失穩(wěn)斷裂, 總體裂紋如圖4所示, 圖中裂紋已作黑色加深處理．

圖3 鋼筋混凝土梁聲發(fā)射參數(shù)歷程圖Fig.3 The process of AE parameters of reinforced concrete beam

圖4 鋼筋混凝土梁總體裂紋Fig.4 Cracks in total on the reinforced concrete beam

圖5為素混凝土梁四點(diǎn)彎曲聲發(fā)射主要參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律的圖像．整體加載過(guò)程較為緩慢, 微裂紋緩慢形成, 載荷能夠較好地保持線性關(guān)系．圖5(a)顯示, 素混凝土梁在連續(xù)加載過(guò)程中, 聲發(fā)射事件幅值主要集中于40 dB以下, 第30秒載荷達(dá)到3.1 kN時(shí), 出現(xiàn)第一個(gè)幅值較高的事件(49.1 dB)．之后, 隨著載荷的不斷增加, 幅值大于4 dB事件間斷出現(xiàn),高幅值聲發(fā)射事件大多集中出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)斷裂失穩(wěn)的時(shí)間前后, 第104秒梁斷裂時(shí)刻連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)高于9 dB的事件．根據(jù)圖5(b), 可以將素混凝土梁加載過(guò)程分為4個(gè)階段: 1) 0～30 s, 剛開(kāi)始施加的載荷水平較低, 聲發(fā)射源來(lái)自素混凝土內(nèi)部孔隙, 信號(hào)呈現(xiàn)出低幅值、低能量釋放的特點(diǎn)．第30秒應(yīng)力水平約為2%,能量出現(xiàn)第一個(gè)峰值(25 mV·μs), 梁跨中下緣出現(xiàn)第一條裂紋; 2) 30～75 s, 該階段裂紋處于穩(wěn)定增長(zhǎng), 幅值及能量大小有一定的增加．期間出現(xiàn)幾次與第一個(gè)峰值大小接近的能量釋放, 說(shuō)明混凝土梁原先裂紋擴(kuò)展的同時(shí)不斷有新的微裂紋產(chǎn)生, 損傷緩慢積累．第75秒能量釋放達(dá)52 mV·μs, 但是試件內(nèi)部的大量骨料阻礙了裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展, 梁的承載力依然較大; 3) 75～104 s, 整體裂紋活動(dòng)比前一階段更活躍, 微裂紋貫通,形成微破裂帶．第89秒載荷達(dá)到12.5 kN, 應(yīng)力水平約為80%, 再次出現(xiàn)能量釋放的高峰(174 mV·μs), 宏觀裂紋出現(xiàn); 裂紋尖端受到粗骨料阻裂作用, 累積的能量在該階段釋放, 能量大小呈指數(shù)迅速增長(zhǎng), 表現(xiàn)為裂紋長(zhǎng)度和寬度快速增大．在第104秒出現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中最大的能量釋放(50 246 mV·μs), 伴隨著崩裂聲, 梁體從中部斷開(kāi)最終裂紋情況如圖6所示; 4) 104 s后, 試件破壞且載荷急劇減小, 聲發(fā)射事件仍較為活躍, 能量釋放逐漸減小, 直至消失．約90%的聲發(fā)射事件振鈴計(jì)數(shù)小于50, 說(shuō)明整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中微裂紋擴(kuò)展占主要地位, 僅在第104秒混凝土梁斷裂前后出現(xiàn)多個(gè)振鈴計(jì)數(shù)超過(guò)700的聲發(fā)射事件, 最大振鈴計(jì)數(shù)達(dá)10 173(見(jiàn)圖5(c))．

圖5 素混凝土梁聲發(fā)射參數(shù)歷程圖Fig.5 The process of AE parameters of plain concrete beam

圖6 素混凝土梁破壞后的裂紋Fig.6 The crack of plain concrete beam after its failure

3.2 b值與ba值對(duì)比分析

根據(jù)鋼筋混凝土梁加載情況, 將每級(jí)加載過(guò)程分為3個(gè)部分: Kaiser效應(yīng)階段(第一級(jí)加載階段沒(méi)有此階段)、有效加載階段和載荷保持階段．由于在載荷保持階段仍存在小幅度卸載情況, 所以在下一級(jí)加載階段初期會(huì)出現(xiàn)Kaiser效應(yīng)(加載到原先最大載荷前不會(huì)產(chǎn)生明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象)．將每個(gè)有效加載階段及載荷保持階段根據(jù)時(shí)間平均分為3段分別計(jì)算b值, 最后破壞階段以每30 s的聲發(fā)射事件數(shù)計(jì)算, 得到相應(yīng)的b值和ba值隨時(shí)間變化規(guī)律的曲線, 如圖7和8所示．第一級(jí)有效加載階段,b值即從2.530降至1.269, 載荷保持階段又升至3.287, 為試驗(yàn)過(guò)程中最大值．b值增大, 甚至出現(xiàn)峰值, 表明聲發(fā)射事件中小幅值的事件占比加大, 微裂紋增加;b值減小象征大幅值的事件增多, 大尺度的裂紋數(shù)量增多, 甚至可以在試件表面看到宏觀裂紋[20-21]．之后各階段(除Kaiser效應(yīng)階段外)b值在0.99～1.7之間波動(dòng)．由于第一級(jí)加載階段載荷較小, 聲發(fā)射信號(hào)主要來(lái)自原始缺陷和閉合裂紋相互摩擦作用, 導(dǎo)致第二級(jí)Kaiser效應(yīng)階段可逆位錯(cuò)恢復(fù)原狀時(shí)仍有較多的聲發(fā)射事件產(chǎn)生, Kaiser效應(yīng)不明顯．從第三級(jí)加載階段開(kāi)始, 缺陷以不可逆的微裂紋為主, 鋼筋混凝土梁出現(xiàn)較為明顯的Kaiser效應(yīng)．此后的各級(jí)Kaiser效應(yīng)階段聲發(fā)射事件數(shù)量較少, 導(dǎo)致擬合所得的a、b值均很小, 出現(xiàn)多個(gè)b值在0.5左右的數(shù)值“不可靠點(diǎn)”．而每個(gè)有效加載階段內(nèi),b值一定程度上出現(xiàn)小幅下降,但整體變化規(guī)律并不明顯．相較于圖7, 圖8中ba值的變化規(guī)律與載荷曲線有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系．通過(guò)固定a值的方法,將原本“不可靠點(diǎn)”變?yōu)椤翱煽奎c(diǎn)”．從圖8中可以明顯地看出,在有效加載階段ba值連續(xù)下降, 且每級(jí)有效加載階段前1/3時(shí)間下降幅度最大; 而在載荷保持期及Kaiser效應(yīng)期,ba值上升．

圖7 鋼筋混凝土梁b值與載荷隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Curve of b-value and load of reinforced concrete beam with time

圖8 鋼筋混凝土梁ba值與載荷隨時(shí)間變化曲線Fig.8 Curve of ba-value and load of reinforced concrete beam with time

為了進(jìn)一步說(shuō)明ba值在整個(gè)加載過(guò)程中的變化規(guī)律, 將其與聲發(fā)射基本參數(shù)作對(duì)比, 結(jié)果如圖9所示．從圖9(a)可以發(fā)現(xiàn), 聲發(fā)射事件大部分都出現(xiàn)在ba值下降的階段,且均出現(xiàn)在ba值曲線極小值點(diǎn)附近．結(jié)構(gòu)失穩(wěn)斷裂前后大量的事件集中出現(xiàn),ba值保持在1.129～1.294．鋼筋屈服前, 第489秒第一條裂紋局部水平開(kāi)裂形成宏觀裂紋, 同時(shí)右側(cè)即將形成第二條宏觀裂紋; 第1 152秒第一條裂紋已形成較大的貫穿性裂紋, 右側(cè)裂紋迅速向上擴(kuò)展．圖9(b)和(c)中, 點(diǎn)A(第490秒)和點(diǎn)B(第1 143秒)均處于ba值連續(xù)下降段, 且接近局部極小值, 這2個(gè)時(shí)間點(diǎn)附近均出現(xiàn)較大的能量釋放與振鈴計(jì)數(shù), 表明ba值可以反映聲發(fā)射能量、振鈴計(jì)數(shù)的變化, 從而預(yù)示結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷的嚴(yán)重程度．

圖9 鋼筋混凝土梁ba值與聲發(fā)射基本參數(shù)的比較Fig.9 Comparison of ba-value and AE parameters of reinforced concrete beam

素混凝土梁四點(diǎn)彎曲在勻速加載的過(guò)程中以每5 s的聲發(fā)射事件作為一組數(shù)據(jù), 相應(yīng)的b值與ba值如圖10～11所示．加載前期聲發(fā)射事件數(shù)量較少, 且信號(hào)幅值集中在29.5～34.5 dB, 認(rèn)為是b值數(shù)據(jù)“不可靠點(diǎn)”; 50～75 s,b值在2.0～3.5之間波動(dòng); 75～80 s, 載荷由9.55 kN升至10.5 kN(應(yīng)力水平達(dá)到65.7%),b值出現(xiàn)迅速下降, 并維持在1.5左右的較低水平; 第105秒混凝土已達(dá)到極限承載力, 發(fā)生斷裂破壞, 此時(shí)b值最小值; 梁斷裂后b值又呈現(xiàn)上升的狀態(tài)．由于結(jié)構(gòu)實(shí)際斷裂失效的時(shí)間為104 s, 100～105 s時(shí)間窗內(nèi)計(jì)算的b值包含了結(jié)構(gòu)斷裂時(shí)的聲發(fā)射信號(hào), 故不能起到預(yù)測(cè)梁失效的作用．圖11結(jié)果顯示,ba值的變化更有規(guī)律, 其變化過(guò)程分為4個(gè)階段: 平穩(wěn)階段、小幅波動(dòng)階段、連續(xù)下降階段、重新上升階段．由于ba值是基于b值計(jì)算的優(yōu)化值, 100～105 s內(nèi)計(jì)算的ba值同樣包含了斷裂時(shí)的信號(hào)數(shù)據(jù), 故不能簡(jiǎn)單地將ba值達(dá)到最小值作為結(jié)構(gòu)斷裂的前兆, 而應(yīng)以其連續(xù)下降的趨勢(shì)作為結(jié)構(gòu)損傷的預(yù)警信號(hào)．

圖10 素混凝土梁b值與荷載隨時(shí)間變化曲線Fig.10 Curve of b-value and load of plain concrete beam with time

圖11 素混凝土梁ba值與載荷隨時(shí)間變化曲線Fig.11 Curve of ba-value and load of plain concrete beam with time

圖12為ba值與聲發(fā)射基本參數(shù)結(jié)果比較圖．結(jié)果顯示, 加載前期ba值前期維持在3左右的較高水平, 對(duì)應(yīng)能量幾乎為零, 幅值集中于29.5～34.5 dB的聲發(fā)射平靜期; 50～75 s,ba值小幅度波動(dòng), 出現(xiàn)稍高幅值和幾處能量的突變, 此階段素混凝土梁以微裂紋萌發(fā)、擴(kuò)展為主; 從第75秒開(kāi)始至最終破壞, 跨中2處微裂紋匯聚形成一條宏觀裂紋的擴(kuò)展、貫穿, 其中點(diǎn)C(第75秒)至點(diǎn)D(第100秒)之間連續(xù)多個(gè)時(shí)間窗ba值出現(xiàn)下降(從3.001降至1.843), 能量釋放頻率及大小都有顯著提升,裂紋逐漸由小尺度轉(zhuǎn)為大尺度, 最終失穩(wěn)破壞時(shí)刻大幅值、高能量、多振鈴計(jì)數(shù)聲發(fā)射事件出現(xiàn)．梁破壞后, 聲發(fā)射事件幅值逐漸減小,ba值再次呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)．通過(guò)素混凝土梁四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)同樣說(shuō)明ba值的變化規(guī)律能夠反映聲發(fā)射事件基本參數(shù)的變化, 并以此判斷結(jié)構(gòu)的損傷程度．

圖12 素混凝土梁ba值與聲發(fā)射基本參數(shù)的比較Fig.12 Comparison of ba-value and AE parameters of plain concrete beam

根據(jù)鋼筋混凝土梁分級(jí)加載試驗(yàn)、素混凝土梁連續(xù)加載試驗(yàn)過(guò)程中ba值的變化規(guī)律, 本文認(rèn)為可將ba值出現(xiàn)多段連續(xù)下降的趨勢(shì)作為判斷混凝土梁結(jié)構(gòu)發(fā)生較大程度損傷或者斷裂失效的前兆．

4 結(jié)論

1) 由于少量聲發(fā)射事件計(jì)算所得的b值為數(shù)值“不可靠點(diǎn)”, 而通過(guò)固定a值的方法可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,轉(zhuǎn)換為“可靠點(diǎn)”．與b值相比,ba值更能反映混凝土梁受載的損傷情況與聲發(fā)射基本參數(shù)的變化規(guī)律．

2) 鋼筋混凝土梁在分級(jí)加載條件下, 將每級(jí)加載過(guò)程分為兩部分分別計(jì)算ba值．可以發(fā)現(xiàn)有效加載過(guò)程中ba值下降, 而載荷保持階段和Kaiser效應(yīng)階段ba值呈上升趨勢(shì), 可將其連續(xù)下降的趨勢(shì)作為結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的前兆．

3) 素混凝土梁在連續(xù)加載條件下應(yīng)力水平達(dá)到65.7%時(shí),ba值開(kāi)始出現(xiàn)連續(xù)多段下降的趨勢(shì)直至梁完全斷裂, 可將此規(guī)律作為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)斷裂的前兆．