混凝土CT动态加载设备的试验研究

论文摘要

混凝土动态力学性能的研究是高拱坝、桥梁、高层建筑等大型混凝土结构设计和抗震安全评价中的薄弱环节,研究混凝土动态强度变化的机理和其影响因素,有助于混凝土结构的抗震分析。混凝土的宏观力学性质受其细观结构控制,CT技术作为研究细观损伤演化的有效观测手段,是细观层次上研究混凝土的动态力学性能的一个新方向。分析了试验所采用的医用CT和工业CT的适用性；归纳了混凝土动态试验设备的试验技术和测试技术；针对医用CT介绍了新研制的便携式混凝土CT试验动态加载设备的原理和操作过程,重点在于分析加载设备使用过程与CT试验过程中存在的问题,特别是试样对中、粘结、安装等关键问题；概括了CT图像的各种分析方法,分析其优缺点和存在的问题；进行了一级配混凝土试样的静态轴压、动态轴压、静态轴拉和动态轴拉以及二级配混凝土试样的静态轴拉和动态轴拉的实时CT扫描试验；利用窗口技术、差值运算以及新方法—和值运算,处理CT图像,显示了混凝土在各种荷载作用下的细观破坏过程。结论是：CT技术可以很好地观测混凝土内部在不同荷载作用下细观裂纹的演化过程；较好地解决了新研制的便携式混凝土CT试验动态加载设备使用过程中遇到的对中、粘样、装样等关键问题；实现了对一、二级配混凝土动力加载过程中内部细观裂纹的实时CT观测；新方法和值运算使错位的差值图像得到效果很好的处理,大大降低了伪影,使混凝土裂纹得到更清晰的显示。初步研究表明,混凝土动力和静力破坏过程的差别在于：动力破坏过程的裂纹数量、起裂点、穿过骨料数量较多,并且裂纹比较平直,在裂纹演化阶段宏观特性由众多裂纹结构决定,更多地体现出裂纹的统计效应。在混凝土动态加载设备的试验技术及CT图像处理方面进行了新的探索,为今后规范化的混凝土CT试验奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 混凝土动力特性试验的研究意义
• 1.2 混凝土CT动态加载试验设备研究的必要性
• 1.3 CT技术研究混凝土动态强度的可行性
• 1.4 CT技术的发展历程
• 1.5 动态试验设备的分类
• 1.5.1 加载设备
• 1.5.2 测试设备
• 1.6 混凝土CT试验的研究现状
• 1.7 混凝土CT试验研究存在的问题
• 1.7.1 普遍的问题
• 1.7.2 CT空间分辨率的问题
• 1.7.3 与CT机配套的试验设备问题
• 1.8 本文研究的内容和方法
• 2 医用CT和工业CT的对比
• 2.1 CT的原理
• 2.1.1 CT成像的基本原理
• 2.1.2 CT设备组成
• 2.1.3 CT相关概念的介绍
• 2.2 两种医用CT介绍
• 2.3 工业CT的介绍
• 2.3.1 工业CT与医用CT的差别
• 2.3.2 工业CT的发展
• 2.3.3 工业CT混凝土试验设备的设想
• 2.4 本章小结
• 3 混凝土动态加载试验设备研究
• 3.1 混凝土动态试验技术研究
• 3.1.1 气体压缩设备
• 3.1.2 落锤试验设备
• 3.1.3 液压伺服加载设备
• 3.1.4 旋转飞轮式拉伸设备
• 3.1.5 凸轮塑性计
• 3.1.6 HopKinson（或Kolsky）杆
• 3.1.7 膨胀环技术
• 3.1.8 爆炸驱动装置
• 3.1.9 轻气炮系统
• 3.2 混凝土动态试验测试技术研究
• 3.2.1 时间测试仪
• 3.2.2 激光干涉仪
• 3.2.3 压阻传感器
• 3.2.4 压电传感器
• 3.2.5 电磁速度传感器
• 3.2.6 高速摄影和闪光X射线技术
• 3.2.7 声发射技术
• 3.3 本章小结
• 4 便携式混凝土CT试验动态加载设备
• 4.1 设备介绍
• 4.1.1 设备的组成及工作流程
• 4.1.2 设备主要结构的原理和部件技术指标
• 4.1.3 设备的操作
• 4.2 试验过程遇到的问题及解决方法
• 4.2.1 试验过程
• 4.2.2 问题及解决方法
• 4.3 本章小结
• 5 混凝土CT图像的分析方法研究
• 5.1 各种分析方法的介绍
• 5.1.1 直观的CT图像分析方法
• 5.1.2 基于CT数的分析方法
• 5.1.3 结合其它技术的分析方法
• 5.2 各种分析方法优缺点比较
• 5.3 CT图像分析存在的问题
• 5.4 本章小结
• 6 混凝土CT试验及结果分析
• 6.1 试验目的和内容
• 6.2 试验方案
• 6.2.1 混凝土试样的材料和配合比
• 6.2.2 加载方法
• 6.2.3 CT扫描方法
• 6.2.4 数据采集
• 6.3 试验结果分析
• 6.3.1 加载曲线
• 6.3.2 CT图像分析
• 6.3.3 动力和静力的破坏方式分析
• 6.3.4 CT数统计分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 1 CT图像差值运算与和值运算的公式推导
• 2 攻读研究生期间参加的课题
• 3 攻读研究生期间发表的论文