無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁基本理論研究.pdf

1、形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy，簡(jiǎn)稱SMA)是一種新型的功能材料，具有形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect，簡(jiǎn)稱SME)、相變超彈性(Super-Elasticity，簡(jiǎn)稱SE)和偽彈性(Pseudo-Elasticity，簡(jiǎn)稱PE)、彈性模量隨溫度變化以及高阻尼等特性。 將常溫下處于馬氏體相的SMA筋預(yù)拉伸后取代體外預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在混凝土梁體外即形成無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁。本文利用SMA筋的SME

2、、SE以及PE等特性，進(jìn)行了無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁的受力性能的試驗(yàn)研究和理論分析。主要研究工作包括： 1.SMA的材料物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究 DSC測(cè)試測(cè)定了SMA筋的相變溫度特征點(diǎn)，得到了SMA的熱容變化曲線，同時(shí)了解加工工藝對(duì)SMA的材料性能的影響；粘結(jié)性能試驗(yàn)研究表明，用環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑的套管式錨具用于SMA筋的效果不明顯：常溫下SMA筋的拉伸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象，試樣的長(zhǎng)度不會(huì)對(duì)SMA筋的彈性模量產(chǎn)生影響

3、，但是其強(qiáng)度指標(biāo)可能會(huì)有所波動(dòng)。 2.SMA筋的回復(fù)力性能試驗(yàn)研究 室溫下拉伸SMA筋至設(shè)計(jì)應(yīng)變最大值后，SMA筋的應(yīng)變有一個(gè)小范圍的回復(fù)，同時(shí)伴隨有一個(gè)伸長(zhǎng)量的縮短現(xiàn)象；在完全受限約束回復(fù)狀態(tài)下SMA筋的相變溫度特征點(diǎn)向高溫方向發(fā)生了漂移；SMA筋的回復(fù)應(yīng)力呈明顯的滯回環(huán)形；基于本文的試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了用于SMA受限回復(fù)力數(shù)值計(jì)算的Liang和Rogers模型。 3.無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁的試驗(yàn)研究與非線性有限

4、元分析 利用SMA筋的SME等特性，進(jìn)行了無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁的受力性能試驗(yàn)研究。研究表明，SMA筋能夠有效地改善梁的受力性能，激勵(lì)SMA筋后梁的跨中變形減小了8﹪左右，而斷電降溫后梁的跨中變形又幾乎回到了激勵(lì)前的水平；測(cè)得的最大裂縫寬度回復(fù)閉合了16﹪左右；鋼筋和混凝土的應(yīng)力出現(xiàn)了明顯的降低。 用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行了無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁受力性能的非線性有限元分析，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較為良好：利用AN

5、SYS進(jìn)行了18根不同參數(shù)的無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁的數(shù)值試驗(yàn)分析，結(jié)果表明，SMA筋的偏心矩、長(zhǎng)度以及溫度對(duì)梁的受力性能有較大影響；在梁的截面和配筋相同時(shí)，SMA筋的溫度對(duì)梁的受力性能有顯著影響。 4.無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁的主動(dòng)控制設(shè)計(jì) 基于開(kāi)展的試驗(yàn)與數(shù)值模擬，考慮SMA筋的二次效應(yīng)影響，建立了SMA筋的有效回復(fù)應(yīng)力的計(jì)算模型，并以此為基礎(chǔ)提出了無(wú)粘結(jié)SMA智能混凝土梁的變形、裂縫以及應(yīng)力等主動(dòng)控制設(shè)計(jì)建議。