基于形状记忆合金的结构裂缝自修复理论研究

【摘要】形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA),特点是可以实现多种变形形式、具有形状记忆功能、超弹性、可恢复变形大、在受限制恢复时能产生很大的驱动力、抗疲劳性能强,易于同混凝土、钢等结构材料相结合,弹性模量会随相变状态的改变而变化等。形状记忆合金智能混凝土,是利用形状记忆合金的形状记忆功能、超弹性和在受限制恢复时产生较大的恢复力的特性,控制并恢复结构的变形和挠度,从而实现混凝土裂缝的自修复。其基本原理是：在混凝土结构中易产生裂缝的部位或构件处,预埋形状记忆合金丝。混凝土及其构件在外力作用下产生变形,形状记忆合金丝将随之发生变形。一旦外力消失,形状记忆合金丝将产生弹性恢复效应,受限制的形状记忆合金丝将对裂缝施加压应力,抑制裂缝的开展,并且迫使其变小或闭合,从而实现裂缝的自修复。基于SMA对工程中结构的自修复特性,我们有必要对它进行深入的研究。本文通过有限元软件ANSYS模拟混凝土梁裂缝修复实验,分析在混凝土梁与形状记忆合金丝不同的结合条件下,影响形状记忆合金丝对混凝土梁裂缝修复的因素。通过对受弯梁结构外部安装和内部埋入形状记忆合金丝进行加固仿真,运用有限元软件ANSYS建立计算模型,对该梁结构安装形状记忆合金丝前后的承载能力和裂缝的恢复情况进行了研究。结果表明：外部安装和内部埋入形状记忆合金丝能有效降低梁受载后的变形,使结构产生自修复的能力,同时提高结构的承载能力,改善结构的受力性能,也可增加结构的整体性和刚度。通过对受弯梁结构埋入形状记忆合金进行加固仿真,运用有限元软件ANSYS建立计算模型,对该混凝土梁结构安装形状记忆合金丝形式的不同(如有无预应力的情况、有无粘结力的情况)进行了研究。结果表明：(1)超弹性的SMA混凝土梁具有良好的承载力,并且在卸载后残余挠度和残余裂缝均比普通混凝土梁的小。(2)粘结力可以提高粱的承载能力,但减小了梁的自修复能力。(3)预应力不仅可以提高梁的承载力同时也可以提高梁的耗能能力。本文成果可供同类混凝土梁裂缝修复分析和设计计算的参考。
【作者】王周峰；
【导师】狄生奎；
【作者基本信息】兰州理工大学，建筑与土木工程，2014，硕士
【关键词】受弯梁；形状记忆合金；承载能力；自修复；智能混凝土结构；传感特性；

【参考文献】
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