[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

权利要求书

1.一种声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法，其特征在于：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)

式中，T为加载总时间；c_f为试件失稳时断裂过程区的长度，即临界断裂过程区长度；h为试件高度；a₀为初始裂缝长度；t_c为临界断裂过程区从起裂到完全断裂所用时间；

所述步骤(3)中通过计算确定混凝土断裂过程区起裂时间t₀，起裂时间t₀计算步骤为：

首先判定裂缝的起裂和失稳，采用的断裂准则为：

式中，K为应力场强度因子，是混凝土的起裂韧度，对应于起裂荷载P_ini和初始裂缝长度a₀；是混凝土的失稳断裂韧度，对应于最大荷载P_max和临界裂缝长度a_c；

当三点弯试件中高跨比大于2.5时，起裂韧度失稳韧度黏聚韧度按下式求得：

起裂荷载P_ini按下式求得：

根据起裂荷载P_ini确定相对应的起裂时间t₀；

F₁(U,V)＝3.52(1-U)/(1-V)^(3/2)-(4.35-5.28U)/(1-V)^(1/2)+[(1.3-0.3U^(3/2))/(1-U²)^(1/2)+0.83-1.76U][1-(1-U)V]

其中；F₁＝F，U＝x_e/a，V＝a/D；

(4)以声发射能量参数定义混凝土受拉损伤因子D，其表达式的定义为：

式中，E_AE为声发射累积能量；∑E_AE为声发射累积总能量；

(5)拟合时间t内临界断裂过程区材料损伤因子与应变发展之间的关系式，即得到以应变为内变量的材料损伤因子表达式，其数学达式为：

式中，p、q、m、n为拟合系数；ε、ε_t,r分别为混凝土受拉应变和受拉峰值应变；

(6)将内变量为应变的混凝土受拉损伤因子代入混凝土一维损伤模型，得到混凝土单轴受拉应力应变关系式，其表达式为：

σ＝(1-D)E_cε (12)

式中，σ为混凝土受拉应力。