基于雙樣條QR法的SMA智能混凝土梁自修復(fù)性能研究.pdf

1、形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)由于具有形狀記憶效應(yīng)和偽彈性特性,使構(gòu)件具有自監(jiān)測、自診斷、自修復(fù)和自增強等功能,已經(jīng)逐漸應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的混凝土結(jié)構(gòu)中。在實際工程中,混凝土構(gòu)件通常是帶裂縫工作的,開裂會削弱混凝土的剛度從而降低構(gòu)件的承載力,甚至加速構(gòu)件破壞。目前,形狀記憶合金智能混凝土裂縫自修復(fù)的研究成果大多是基于試驗的基礎(chǔ)上,在理論方面尚需更深入的研究。
　　本文利用形狀記憶合金的受限回復(fù)特性,研

2、究其在通電激勵下對混凝土梁裂縫的修復(fù)性能,主要研究內(nèi)容如下:
　　首先,進行了形狀記憶合金的單軸拉伸力學(xué)性能和受限回復(fù)驅(qū)動特性試驗。分析 SMA材料單軸拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系;研究恒定電流和臺階式電流兩種不同電流施加方案對SMA回復(fù)應(yīng)力的影響;探討電流強度和SMA初始應(yīng)變對SMA回復(fù)應(yīng)力的影響,得出了SMA在不同初始應(yīng)變下的回復(fù)應(yīng)力-溫度關(guān)系曲線。
　　其次,基于雙樣條 QR法原理,借助有限元法的單元剛度矩陣,通過QR法變換,

3、用結(jié)構(gòu)的樣條結(jié)點位移表示單元結(jié)點位移,推導(dǎo)了雙樣條QR法彈塑性剛度方程;基于彈塑性增量理論,定義了混凝土材料的屈服條件、流動法則、強化模型和破壞條件,給出了混凝土在雙向受壓、雙向受拉和拉壓三種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變非線性關(guān)系;基于增量初應(yīng)力迭代法,推導(dǎo)了雙樣條QR法非線性分析的具體求解過程;通過算例驗證了本文建立的混凝土梁彈塑性分析的雙樣條QR法新模型的正確性和高效性。
　　第三,基于彈塑性分析的雙樣條QR法,將SMA的回復(fù)力等效

4、為偏心力,進而轉(zhuǎn)化為樣條結(jié)點荷載引入剛度方程中,建立了SMA智能混凝土梁裂縫自修復(fù)分析的新模型。利用MATLAB軟件編制了雙樣條QR法非線性分析程序,通過算例驗證了SMA智能混凝土梁自修復(fù)分析模型的正確性。最后,進行參數(shù)分析,探討了混凝土梁的高跨比、配筋率,SMA絲的初始應(yīng)變和偏心距等參數(shù)對 SMA修復(fù)性能的影響。研究結(jié)果表明:SMA對混凝土梁裂縫具有良好的修復(fù)效果,同時能夠減小混凝土梁的撓度,改善鋼筋應(yīng)力分布,提高混凝土梁的承載能力;