竖向荷载下钢筋混凝土排水管道结构损伤声发射特征分析

叶周景¹，李鹏鹏¹，王雅建¹，汪林兵^1，2*
（1.北京科技大学 国家材料服役安全科学中心，北京 100083；2.佐治亚大学 工程学院，美国 佐治亚州 30602）

摘  要：外压荷载是导致钢筋混凝土排水管道结构破坏和失效的重要原因之一，会造成管道破裂、泄漏、甚至路面坍塌。为了有效地表征钢筋混凝土排水管道在外压荷载作用下的损伤特性，采用声发射技术监测钢筋混凝土排水管道在竖向荷载作用下的损伤过程。根据管道加载过程中声发射能量的变化和积累，将管道的损伤阶段分为弹性压缩阶段、塑性破坏阶段和剩余强度阶段。在弹性压缩阶段，由于试样内部发生的破坏活动较少，声发射活动呈现较低水平；在塑性破坏阶段，声发射能量呈现出逐渐递增的趋势；在剩余强度阶段，当达到破坏载荷时，声发射能量和累积能量曲线迅速上升，在管道严重开裂后，声发射能量逐渐下降。根据足尺管件加载破坏过程的声发射特性，提出了基于声发射信号的钢筋混凝土排水管道损伤识别评价指标：声发射能量（E）、累积声发射能量（∑E）以及加载过程中AF/RA（平均频率/上升角比值）。该研究对于揭示钢筋混凝土排水管道结构在外压荷载下的损伤失效机理，建立科学的城市排水管道服役安全评价体系，提升排水管道病害治理水平具有重要意义。 
关键词：声发射；钢筋混凝土；排水管道；结构健康监测；足尺加载试验；损伤识别