吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (2): 496-504.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210687

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高压脉冲放电破碎混凝土梁试验

王晓东(),李宁静,李强   

  1. 哈尔滨理工大学 建筑工程学院,哈尔滨 150080
  • 收稿日期:2021-07-18 出版日期:2023-02-01 发布日期:2023-02-28
  • 作者简介:王晓东(1979-),男,教授,博士. 研究方向:混凝土结构设计理论. E-mail: wangxiaodong-hit@126.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2017YFC0806100)

Experimental on crushing of concrete beams by high⁃voltage pulse discharge

Xiao-dong WANG(),Ning-jing LI,Qiang LI   

  1. School of Architectural and Civil Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China
  • Received:2021-07-18 Online:2023-02-01 Published:2023-02-28

摘要:

对15根混凝土梁进行了液中高压脉冲放电破碎试验。通过液电效应和液中铜丝爆炸对混凝土梁破碎效果的比对分析,确定了液中铜丝爆炸为高压脉冲放电的优选方案。试验参数为混凝土强度、梁钻孔孔径、孔间距、高压脉冲放电电压和放电铜丝根数。结果表明:混凝土梁的破碎效果随放电电压的提高和放电铜丝根数的增多而明显提高,随混凝土强度的降低而略有提高。在其他参数相同的情况下,钻孔孔径为40 mm的混凝土梁比钻孔孔径为50 mm的混凝土梁破碎效果好;钻孔间距为300 mm的混凝土梁比钻孔间距为400 mm的混凝土梁破碎效果好。根据试验结果建立了混凝土梁破坏程度(即梁侧混凝土裂缝宽度)与输出电压、放电铜丝根数、混凝土强度等关键参数间的数学表达。

关键词: 结构工程, 高压脉冲, 铜丝爆炸, 混凝土梁, 破碎, 裂缝

Abstract:

The crushing tests of 15 reinforced concrete beams were carried out by high-voltage pulse discharge(HVPD) in liquid. Based on the comparative analysis of the electrohydraulic effect and the copper wire explosion in liquid on the crushing test of concrete beams, the latter is determined as the optimal scheme. The parameters in the test include strength of concrete, borehole aperture, hole spacing, HVPD voltage and number of copper wires. The results show that the breaking effect of concrete beam increases obviously with the increase of discharge voltage and the number of copper wires, and slightly with the decrease of concrete strength. In the case of all the other parameters being equal, the concrete beam with a hole diameter of 40 mm is better than the concrete beam with a hole diameter of 50 mm. And the concrete beam with drilling spacing of 300 mm has a better crushing effect than the concrete beam with drilling spacing of 400 mm. According to the test results, a mathematical expression was established between the failure degree of concrete beam (i.e., the crack width of concrete at beam side) and the output voltage, the number of copper wires discharged, the strength of concrete and other key parameters.

Key words: structural engineering, high-voltage pulse, copper wire explosion, concrete beam, crush, crack

中图分类号: 

  • TU375

表1

混凝土物理力学性能"

混凝土

强度等级

μfcu/

(N·mm-2

μfc/

(N·mm-2

μft/

(N·mm-2

μEc/ (104N·mm-2
C2025.619.51.92.83
C3034.626.12.53.14
C4044.330.92.73.20

表2

钢筋物理力学性能"

钢筋种类μfy/ (N·mm-2μfu/ (N·mm-2μEs/ (105N·mm-2
?6336.7523.32.18
?8331.9510.62.23
?12376.4563.12.12
?14412.1564.32.22

图1

混凝土梁钻孔布置及编号"

图2

电极置于梁中示意图"

图3

液电效应破碎效果"

图4

铜丝爆炸破碎效果"

图5

混凝土裂缝宽度随放电次数的变化情况"

表3

混凝土梁铜丝爆炸试验参数"

孔编号L1L2L3L4L5L6L7
峰值电压V/kV铜丝根数n峰值电压V/kV铜丝根数n峰值电压V/kV铜丝根数n峰值电压V/kV铜丝根数n峰值电压V/kV铜丝根数n峰值电压V/kV铜丝根数n峰值电压V/kV铜丝根数n
110060100501005010060100601005010060
28050806080509060804080607040
34060606050408060805060604040
46050506060406050605050608050
55050706050304040505070605030
64050906040309050405090504030
77040705070506040
89040706090609060

图6

混凝土梁高压脉冲破碎效果"

图7

孔径40 mm下裂缝宽度和放电电压的关系"

图8

孔径40 mm下裂缝宽度和铜丝根数的关系"

图9

裂缝宽度和钻孔孔径的关系"

图10

初步处理后的混凝土梁破碎效果"

图11

混凝土裂缝宽度与铜丝根数和放电电压的拟合曲面(单排孔,钻孔孔径40 mm、间距300~400 mm、端距150 mm)"

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