第五届土木工程防灾减灾青年学者学术会议

       钢筋混凝土结构已成为最广泛使用的结构形式之一。但钢筋混凝土结构的抗裂性较差，裂缝发展会使钢筋容易锈蚀进而使结构的承载力及耐久性降低，在结构受到荷载作用产生裂缝或地震、冲击、长久使用产生裂缝时，受损的钢筋混凝土柱常常伴随着承载力、延性等性能指标的下降等问题。因此，修复日益恶化的基础设施，确保其结构安全性和耐久性，是当前的重点任务。在土木工程领域，对钢筋混凝土结构柱的加固方式主要是外包钢约束加固与纤维增强聚合物（FRP）约束加固，然而，钢的质量较大且耐腐蚀性较差、FRP的延性较差且需要被动激活约束，因此，对更轻便耐用、延展性更好且约束方法更为简易的创新材料的需求日益增长，这催生了一种新型材料分支——形状记忆合金（简称SMA）。智能SMA材料因其独特的性能优势，在土木工程行业中得到了广泛应用，特别是在混凝土构件的加固与修复方面。许多研究者已将SMA材料应用于阻尼器、SMA筋等元件中，用于抗震减震、振动控制及加固修复等领域，并取得了显著成果。
       本研究利用NiTi-SMA条带对受损混凝土柱进行修复，通过对其施加预应力，开展了SMA条带修复受损混凝土柱的轴压试验研究。试验过程中测量了裂纹扩展情况，并利用ABAQUS软件建立数值模型，将模拟结果与试验结果进行对比，以弥补试验中的不足。本文的主要研究工作如下：
（1）研究本文所使用的SMA材料的力学性能，SMA材性实验包括：①标准件SMA的单轴拉伸试验；②SMA相变温度参数测定；③SMA条带的拉伸试验；④SMA条带拉伸回复变形测试。试验结果表明本文选用SMA预应变是4.22%、7.38%、10.57%，对应SMA预拉伸量为20mm、35mm、50mm。
（2）通过轴压试验，对条带根数（3、4、5）、SMA条带预拉伸量（20mm-4.22%、35mm-7.38%、50mm-10.57%）、预损伤程度（0.3、0.5、0.7）等参数影响下试件的力学性能变化，从荷载-位移、应力-应变曲线和承载力、延性和变形能力等方向进行研究。结果表明：SMA条带根数增多，间距减小时，试件的承载力提高；弹性模量和延性也增大。
（3）建立了SMA条带约束受损混凝土柱有限元模型，试验结果与数值模拟结果吻合一致，验证了模型的可靠性。根据有限元结果分析可知，应力在试件的两端分布较为集中，向柱中区域应力值逐渐减小，数值模拟中最终试件破坏时的位移值与试验值吻合较好。
（4）建立了SMA条带约束受损混凝土柱承载力计算模型，试验结果与计算结果吻合一致，验证了模型的可靠性。