本研究选用以往试验研究中常用的声发射参数(振幅、振铃计数和能量)对张开型反射开裂行为进行分析[9-11]. 试验共设3组平行试验(A-1、A-2和A-3),每组均安装两个传感器,6个传感器数据变化规律整体基本一致.限于篇幅,仅选取A-1组的1号传感器数据进行分析. 绘制AE振幅、AE振铃计数、AE能量、荷载与挠度的关系曲线(图3),分析复合梁损伤过程中声发射参数的变化及响应关系,将其损伤过程划分为如下4个阶段.
图3 三点弯曲试验振幅、AE振铃计数、AE能量、荷载与挠度的关系
Fig.3 AE amplitude, AE ringing counts, AE energy and load versus deflection of three-point bending test
静寂期Ⅰ:由荷载-挠度曲线可知,此阶段属于弹性变形阶段,荷载主要由沥青胶浆承受,跨中上半部沥青加铺层处于弹性压密状态,跨中下半部的沥青加铺层处于弹性弯拉状态,内部没有或仅有极少的微裂缝产生,与之对应的也基本没有声发射信号产生.
上升期Ⅱ:此阶段对应于荷载-挠度曲线的塑性变形阶段,受力主体不再是沥青胶浆. 靠近压头附近的集料颗粒相互挤压,承受压缩荷载. 接缝上方的沥青加铺层因弯拉作用产生不可逆的塑性变形,加铺层内部萌生大量的微裂缝,并不断持续扩展,从而释放出大量的能量,导致AE信号密集出现,呈现明显的上升趋势. 荷载和AE振幅、AE能量和AE振铃计数的极值也基本出现在此阶段,且几乎是同一时间出现,呈现出单峰型特征,表明损伤正在快速增加.
发展期Ⅲ:达到荷载峰值后,荷载-挠度曲线开始下降,说明加铺层内部的微裂缝已相互连通,形成宏观裂缝. 该时期内AE参数持续密集产生,表现为出现较多的声发射信号突变点,表明损伤仍在快速增长. 发展期荷载和AE参数幅度整体上表现为逐渐下降的趋势,至阶段末时,3种AE参数均呈现较大幅度的下降,荷载下降速度也逐渐平缓.
残余期Ⅳ:前3个阶段损伤程度已经很高,复合梁已临近破坏,故该阶段损伤增长趋于平缓. 荷载和AE参数均处于较低水平,偶尔出现的声发射信号推测为靠近压头周围的集料相互挤压、破碎所产生的少量能量,致使零星的声发射信号出现.
根据声发射参数、荷载与挠度的变化规律,将复合梁张开型反射裂缝的损伤演化规律总结如下.
1)整体而言,复合梁三点弯曲下张开型反射开裂过程可划分为4阶段:静寂期、上升期、发展期期和残余期. 沥青加铺层是由集料、空隙和沥青胶浆组成的三相复合材料,是一种典型的非均质、不连续的颗粒性质的材料[16]. 静寂期主要沥青胶浆承受荷载,处于弹性变形阶段,AE信号稀少. 此后的3个时期均为集料和沥青胶浆共同承受荷载,AE参数呈现出明显的阶段特征.
2)AE振幅、AE振铃计数和AE能量柱状图与荷载曲线对应良好,均呈现出明显的“单峰型”特征,表明声发射参数能有效的反映出沥青加铺层内部微裂缝的发展情况. 但AE能量数值波动大,作为分析参数效果不太理想.
3)在上升期AE参数与荷载曲线显示出良好的一致性,且荷载极值与AE参数极值基本同一时间出现,这一特征对于张开型反射裂缝的出现预警研究具有重要意义.