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形状记忆合金加固混凝土圆柱的机理分析

作　者: 马强
导　师: 郭少华
学　校: 中南大学
专　业: 力学
关键词: 形状记忆合金 加固机理 极限承载力 回复力
分类号: TU375.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要


形状记忆合金是一种兼有感知和驱动功能的新型功能材料,它具有形状记忆效应和超弹性等特性。目前,形状记忆合金在土木工程领域主要用于结构的主动和被动控制,在结构加固方面的应用极少。本文以形状记忆合金的形状记忆效应为基础,提出了采用形状记忆合金加固混凝土圆柱的方法,着重分析了其加固机理,并通过试验和计算进行验证。本文为了研究形状记忆合金加固混凝土圆柱的机理,首先通过对文献研究了解了形状记忆合金的各种特性及其工作原理,然后分析了混凝土柱的受力和破坏情况,并对现有的各种加固方法进行了总结。在充分认识形状记忆合金特性的基础上,重点分析了形状记忆合金加固混凝土圆柱的加固机理。同时,导出了普通的、含有损伤的、缠绕形状记忆合金和用形状记忆合金加固四种不同状态下轴心受压混凝土圆柱极限承载力的计算方法。本文还对素混凝土圆柱、缠绕未拉伸形状记忆合金的混凝土圆柱和形状记忆合金加固的混凝土圆柱进行了轴压试验,测得了三种状态下混凝土圆柱的应变和极限承载力值。结果表明：用形状记忆合金加固的混凝土圆柱的抗压强度得到了大幅提高,相对于素混凝土圆柱的极限承载力提高了近31%。最后运用通用有限元计算软件ANSYS对三种不同状态下的混凝土圆柱进行了建模和静力分析,得到了它们的极限承载力,并与公式计算的结果进行了比较分析,两者相吻合,结果表明用形状记忆合金全包裹加固的混凝土圆柱的极限承载力比素混凝土圆柱增加了3.2倍。说明形状记忆合金加固混凝土圆柱能显著提高其抗压强度。试验和计算结果都验证了本文对加固机理的分析。图28幅,表3个,参考文献87篇。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 形状记忆合金在土木工程中的研究现状  10-14
  1.3 本文研究内容  14-16
2 形状记忆合金介绍  16-28
  2.1 形状记忆合金的基本概念  16
  2.2 形状记忆合金发展  16-17
  2.3 形状记忆合金的特性  17-20
    2.3.1 形状记忆效应  17-18
    2.3.2 超弹性  18-19
    2.3.3 阻尼性能  19-20
    2.3.4 电阻特性  20
    2.3.5 变弹性模量性能  20
  2.4 形状记忆合金的工作原理  20-21
  2.5 形状记忆合金的应用  21-26
  2.6 我国形状记忆合金应用面临的问题及发展趋势  26-27
  2.7 本章小结  27-28
3 混凝土柱及其加固方法分析  28-36
  3.1 短柱和长柱的受力分析及破坏形态  28
  3.2 受压柱的破坏特征分析  28-29
  3.3 混凝土圆柱破坏的主要原因分析  29-30
  3.4 混凝土柱的加固方法分析  30-35
    3.4.1 增大截面加固法  30-31
    3.4.2 外包钢加固法  31-32
    3.4.3 预应力撑杆加固法  32-33
    3.4.4 置换法  33
    3.4.5 绕丝加固法  33
    3.4.6 碳纤维加固法  33-35
  3.5 本章小结  35-36
4 形状记忆合金加固混凝土柱的机理分析  36-50
  4.1 Ni-Ti形状记忆合金的本构关系  36-39
    4.1.1 Ni-Ti形状记忆合金相变的本构关系  36-37
    4.1.2 形状记忆合金的回复方式  37-39
  4.2 形状记忆合金加固混凝土柱的机理分析  39-43
    4.2.1 形状记忆合金加固混凝土柱的理论依据  40-42
    4.2.2 形状记忆合金加固混凝土柱的机理  42-43
  4.3 不同状态下轴心受压圆柱的承载力计算  43-49
    4.3.1 普通轴心受压圆柱的承载力  43-44
    4.3.2 损伤状态下的轴心受压圆柱承载力  44-45
    4.3.3 缠绕形状记忆合金的轴心受压圆柱承载力  45-48
    4.3.4 用形状记忆合金加固的轴心受压圆柱的承载力  48-49
  4.4 本章小结  49-50
5 试验及Ansys计算分析  50-66
  5.1 试验准备  50-52
    5.1.1 试验材料  50-51
    5.1.2 试验所需主要设备  51
    5.1.3 混凝土圆柱的制备  51-52
    5.1.4 形状记忆合金的加热方式  52
  5.2 试验方法  52-53
    5.2.1 应变片布置  52-53
    5.2.2 加载方案  53
    5.2.3 试验步骤  53
  5.3 试验结果及分析  53-58
    5.3.1 试验数据统计  53-56
    5.3.2 混凝土圆柱的破坏现象  56-57
    5.3.3 试验结果分析  57-58
  5.4 混凝土圆柱的有限元计算分析  58-65
    5.4.1 建立模型  59-63
    5.4.2 ANSYS计算结果  63-64
    5.4.3 计算结果分析  64-65
  5.5 本章小结  65-66
6 结论与工作展望  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构 > 柱
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