摘要
随着国家对海洋资源开发建设越来越重视，以及混凝土需求量逐年增多而引起的生态环境恶化问题日益严重，将海水海砂混凝土代替普通混凝土运用于实际工程结构中具有广阔的前景。但海水和海砂中的氯离子会加速结构内部钢筋的腐蚀，这限制了海水海砂混凝土的使用。近年来，智能材料如形状记忆合金(ShapeMemoryAlloys，简称SMA)的快速发展为海水海砂混凝土结构的设计提供了新的思路。基于此，本文采用SMA筋代替钢筋作为受力筋，采用海水海砂混凝土代替普通混凝土，形成SMA增强海水海砂混凝土梁，并进行了材料力学性能试验研究、SMA增强海水海砂混凝土梁受弯性能试验研究、数值模拟和理论分析。主要研究内容和结论如下: (1)通过单轴拉伸试验，分析了应变幅值和循环次数对热处理后SMA的力学性能影响。结果表明，应变幅值的增加会显著影响材料的各项力学性能指标，循环次数的增加有利于稳定SMA的力学性能。制备了C35、C50两种强度等级的海水海砂混凝土，并通过抗压强度试验证明了试块的抗压强度标准值均符合标准强度要求。 (2)设计并制作了三根SMA海水海砂混凝土梁和一根防腐钢筋海水海砂混凝土梁，通过循环加载试验对四个试件开展了受弯性能研究，分析了各个试件的破坏过程、位移延性、刚度退化和自复位能力。试验结果表明，SMA海水海砂混凝土梁的裂缝恢复率和极限位移明显大于钢筋增强梁，展现出优越的自复位能力和延性;SMA配筋率和海水海砂混凝土强度的提升可以显著提高梁的承载能力;采用直径较小的SMA筋梁自复位效果更好。 (3)建立了SMA增强海水海砂混凝土梁的有限元分析模型，研究了SMA配筋率、海水海砂混凝土强度等级等参数对梁受弯性能的影响，并与试验数据进行了对比分析。结果显示，模拟得到的承载力数值与试验结果相差较小，曲线总体趋势一致，表明模型建立的正确性;SMA配筋率的增大可以显著提高试件的自复位能力;海水海砂混凝土强度等级的提升可以改善试件的承载能力。 (4)进行了SMA海水海砂混凝土梁受弯性能理论分析，基于SMA和海水海砂混凝土的本构模型，提出了SMA海水海砂混凝土梁正截面受弯开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载的计算方法，并与试验值进行了对比。结果表明，理论计算得到的结果值可以与试验值较好的吻合，验证了计算公式的正确性。
NETL