無粘結(jié)SMA智能混凝土梁基本理論研究.pdf

1、形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy，簡稱SMA)是一種新型的功能材料，具有形狀記憶效應(ShapeMemoryEffect，簡稱SME)、相變超彈性(Super-Elasticity，簡稱SE)和偽彈性(Pseudo-Elasticity，簡稱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筋預拉伸后取代體外預應力鋼筋布置在混凝土梁體外即形成無粘結(jié)SMA智能混凝土梁。本文利用SMA筋的SME

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

3、，但是其強度指標可能會有所波動。 2.SMA筋的回復力性能試驗研究 室溫下拉伸SMA筋至設計應變最大值后，SMA筋的應變有一個小范圍的回復，同時伴隨有一個伸長量的縮短現(xiàn)象；在完全受限約束回復狀態(tài)下SMA筋的相變溫度特征點向高溫方向發(fā)生了漂移；SMA筋的回復應力呈明顯的滯回環(huán)形；基于本文的試驗結(jié)果，驗證了用于SMA受限回復力數(shù)值計算的Liang和Rogers模型。 3.無粘結(jié)SMA智能混凝土梁的試驗研究與非線性有限

4、元分析 利用SMA筋的SME等特性，進行了無粘結(jié)SMA智能混凝土梁的受力性能試驗研究。研究表明，SMA筋能夠有效地改善梁的受力性能，激勵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前的水平；測得的最大裂縫寬度回復閉合了16﹪左右；鋼筋和混凝土的應力出現(xiàn)了明顯的降低。 用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件進行了無粘結(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)果與試驗結(jié)果吻合較為良好：利用AN

5、SYS進行了18根不同參數(shù)的無粘結(jié)SMA智能混凝土梁的數(shù)值試驗分析，結(jié)果表明，SMA筋的偏心矩、長度以及溫度對梁的受力性能有較大影響；在梁的截面和配筋相同時，SMA筋的溫度對梁的受力性能有顯著影響。 4.無粘結(jié)SMA智能混凝土梁的主動控制設計 基于開展的試驗與數(shù)值模擬，考慮SMA筋的二次效應影響，建立了SMA筋的有效回復應力的計算模型，并以此為基礎提出了無粘結(jié)SMA智能混凝土梁的變形、裂縫以及應力等主動控制設計建議。