镍钛铌形状记忆合金的回复应力试验研究

发布时间：2020-07-29 07:22

【摘要】：随着服役时间的增加,大部分现有的钢筋混凝土结构或构件本身的抗力已经不能满足使用要求,因此,急需对这类结构进行加固。目前,混凝土结构的加固方法主要分为主动加固法和被动加固法两大类。常见的被动加固法无法向结构施加主动预应力,而主动加固法则需要张拉机具,且特殊工程环境中无法实现。因此,急需设计一种便于操作,且能够向结构施加主动预应力的加固方法。热激励预变形后的镍钛铌形状记忆合金(Shape Memory Alloy-SMA)能够产生较大的回复应力,停止加热并恢复到环境温度后,仍有400MPa左右的回复应力作为永久应力保存在该材料中。根据镍钛铌SMA的上述特性,本文提出了一种通过热激励嵌入式镍钛铌形状记忆合金向结构施加主动预应力的加固方法,该方法操作简便,不受工程环境的限制,且能够向结构施加主动预应力。但如何有效地利用该材料的回复应力,并最大限度地利用其力学性能对混凝土构件施加预应力,尚无明确的结论。本文针对如何有效地利用镍钛铌SMA的预应力,进行了如下研究。1)镍钛铌形状记忆合金丝力学性能的主要研究结果如下:(1)预变形温度越高,材料的极限应力和伸长率越大。(2)约束经过16%预应变的试样的两端并对其进行加热,可使该材料产生较大的回复应力;在一定的温度范围内,试样的回复应力随激励温度的升高而增大,但为了不影响钢筋的力学性能,本文认为该材料的最大热激励温度应保持在250℃附近,此时材料的永久回复应力约为400MPa。(3)当预应变量为16%时,该材料的回复率随着预变形温度的上升而下降,但即使预变形温度上升到50℃,材料的回复率仍保持在55%以上;与此同时,该材料的永久回复应力基本不会受到预变形温度的影响。(4)常温预变形的材料受限热激励后,其承载力大于低温预变形的材料,且常温预变形的材料在幅值为600MPa的拉伸应力的作用下,经多次循环加载后仍处于弹性状态。2)该材料与聚合物砂浆之间的粘结性能的研究结果如下:(1)光滑SMA丝的粘结强度很低,只有1~1.4MPa左右,且随着粘结长度的增加,粘结强度减小,极限荷载对应的拔出端和自由端的位移增大;(2)经改进后的自攻螺钉锚具可将SMA丝完全锚固在聚合物砂浆中直到拉断,此时锚具和SMA丝并未产生相对滑移。因此,可在常温环境中对镍钛铌形状记忆合金施加16%的预应变,利用本文所设计的锚具,约束其两端并锚固在待加固的混凝土构件中,随后加热该材料至250℃,即可实现对混凝土构件的加固。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6

【参考文献】