论文部分内容阅读
由于受到外部环境(腐蚀、风化)与交通(循环加载,动态加载等)等的影响,桥梁结构在其正常使用期间更容易出现损伤、破坏等病害问题,目前这已成为桥梁工程师的主要关注点之一。用于桥梁的传统结构加固方法有:增大截面法、外贴加固钢板法、体外预应力法等等。这些方法具有许多缺点和不足:增大截面尺寸同时也会增加自重;使用钢材加固,其也经受腐蚀和疲劳;体外预应力的转向和锚固装置附近易产生局部裂缝等损伤。因此,需要探索用于加固桥梁结构的新方法。在基础设施结构修复领域的研究结果已经证实,使用复合材料进行桥梁结构的修复加固相对于传统方法有其独特的优势。因此,本文主要关注使用纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)片材和形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)丝材的复合材料来实现结构加固,提高结构的剩余寿命,并针对FRP/SMA复合材料试件并对其开展了以下研究:(1)本文针对原材料SMA和FRP进行了大量基本材料物理和力学性能的研究,同时得出了大量实验研究的结果。首先研究了预应变度水平、循环次数和加载速率等因素对NiTi SMA丝单轴拉伸基本力学性能的影响,从而确定最佳预应变水平;然后针对SMA丝材进行了相变温度的测试,从而确定了SMA丝材的四个特征相变温度值;最后研究了通电电流、通电时间对SMA丝产生温度的影响,从而确定SMA丝材的最佳通电电流和最佳通电时间。针对FRP拉伸试件和环氧树脂胶体的棒骨试件进行了单轴拉伸力学试验,确定了FRP和胶体的基本材料力学性能指标。(2)本文制备了两种嵌入预应变镍钛形状记忆合金(NiTi SMA)丝材的FRP单向布材制成的FRP/SMA复合材料试件。第一种类型(I类)的复合材料试件是为单轴拉伸基本力学性能试验工作准备的,主要考虑了SMA的根数和SMA直径两个控制变量;第二种类型(II类)的复合材料试件是为受限回复性能试验工作准备的,主要考虑预应变水平对回复应力的影响。(3)本文针对SMA与FRP/SMA复合材料试件(II类)进行了受限回复性能试验研究,为验证以通电加热方式诱发SMA产生受限回复性能的可行性,设计了包括电源、温度记录装置、温度传感器等一整套通电装置,并联合万能试验机进行了受限回复性能试验。试验结果表明,在相变区间内,SMA丝材和FRP/SMA复合材料(II类)的回复应力随温度的升高呈明显的上升趋势,SMA和FRP/SMA复合材料(II类)的最大回复应力将会随预应变水平的增大而增大,同时也验证了FRP/SMA复合材料通电回复试验的可行性。