【摘 要】
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裂缝是钢筋混凝土桥梁最常见的病害之一。裂缝的产生会影响结构的耐久性、安全性及美观性。针对混凝土开裂损伤的问题,目前已有多种主动加固和被动加固的方法,如预应力钢绞线加固法、粘贴钢板加固法、增大截面加固法等,但这些加固方法仍存在一定的局限性。随着各领域对智能材料的研究和应用,采用高强度智能材料形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)主动加固混凝土结构的方法被越来越多的学者关注。
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裂缝是钢筋混凝土桥梁最常见的病害之一。裂缝的产生会影响结构的耐久性、安全性及美观性。针对混凝土开裂损伤的问题,目前已有多种主动加固和被动加固的方法,如预应力钢绞线加固法、粘贴钢板加固法、增大截面加固法等,但这些加固方法仍存在一定的局限性。随着各领域对智能材料的研究和应用,采用高强度智能材料形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)主动加固混凝土结构的方法被越来越多的学者关注。该方法主要利用SMA独特的形状记忆特性,加固过程无需机械张拉。其中,将SMA丝嵌入混凝土保护层中,通过热激励使其产生预应力的主动加固方法为一个研究热点。针对SMA丝强度高,表面光滑,不便焊接,与混凝土之间的粘结性能差,易发生滑移失效的难题,本文提出一种用于夹紧SMA丝的新型扁锚,并对其锚固性能及设计优化开展研究:(1)为了研究扁锚和SMA丝之间的锚固性能,对扁锚-SMA丝组成的锚固体系进行了拉拔试验。研究结果表明:该扁锚可以提供足够的锚固力,正常使用过程中不会发生变形破坏;利用有限元数值模拟方法,分析该扁锚的受力特性和锚固性能,并与试验结果进行对比,研究结果验证了有限元分析的正确性;此外,从数值模拟分析结果得出改扁锚最易发生破坏的位置,为扁锚的设计优化提供了基础。(2)针对“SMA丝-水泥砂浆-混凝土”三相两界面的粘结问题,将扁锚及SMA丝埋入水泥砂浆试块,通过拉拔试验研究扁锚-SMA丝与水泥砂浆的粘结性能。研究结果表明:水泥砂浆与扁锚之间具有较强的粘结力,可以避免扁锚在混凝土保护层内发生滑移失效;再通过有限元数值模拟方法分析上述试验的受力过程,有限元结果与试验结果相吻合;此外,从数值模拟分析结果可以得到试件的应力分布状态和扩散趋势,自扁锚与水泥砂浆接触面开始呈扇形扩散状。(3)探讨了螺钉数量、螺钉间距以及螺钉旋入深度(螺钉紧固力)等多因素对扁锚的锚固性能的影响,从这三个方面分别对扁锚进行设计优化,得出锚固力的计算公式。研究结果表明:螺钉数量对扁锚锚固力的影响较大,呈线性正相关关系;旋入深度(螺钉紧固力)虽然与扁锚的锚固力呈正相关关系,但过高会造成SMA丝的损伤。本文对SMA丝加固钢筋混凝土梁面临的锚固问题进行了系统性的研究,对所提出的扁锚进行了进一步的设计和优化,为实际应用中SMA丝的锚固问题提供了一些参考。
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