虑综述-重庆大学学报.PDFVIP

2001 2第。。孝年月 期 Journa of Chongqing Jianzhu University I o重f C庆ho建n筑太i Jia学n学U报nI VoL FeFeb．23b．No． 200 1 撰 飒耩 毋撰 《·综述·l 《 占 }、辞 文章编号：1006—7329(2001)01一OlO8一o6 智能材料结构系统在土木工程中的应用‘ 曹照平 ， 王社良。 (西北建筑工程学院 管理工程系，西安 710061；2．西安建筑科技大学 土木工程学院，西安 710055) 摘要：主要论述了形状记·L己合金、压电和光纤等几种智能材料结构系统的基本工作原理和 力学特性 ，简要介绍 了它们在土木工程结构中的一些应 用及相关研究，同时还提 出了在研 究与应用过程 中存在的一些问题 ，展望了今后的发展前景并提 出了一些建议性意 见。 关键词：智能材料结构未统}-+-~kI程I应用研究 中圈分类号：TU506 文献标识码：A 概述 智能材料结构系统在木土工程等许多领域都有着巨大的应用潜力。就土木工程而言，智能材料 结构系统及应用技术的兴起与发展不仅意味着结构功能的增强，结构使用效率的提高和结构设计 形式的优化，更重要的是对传统土木工程的结构设计、建造、维护及使用控制等许多观念的更新。目 前在土木工程领域内，智能材料结构系统的研究主要在以下三方面的应用研究最受重视：1)结构健 康的实时检测与监控。这主要是指将先进的传感元件和驱动元件集成在传统的土木结构中，利用它 们构成的网络对结构的裂缝、损伤、疲劳、冲击、缺陷、腐蚀等状态进行实时监测和控制，以确保重大 土木工程结构和基础设旋的安全可靠，降低其维修费用。2)形状自适应材料与结构。智能材料结构 系统的研究与出现不仅可使土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要 的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能， 而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程结构相结合这一重大的学科研究发展 方向 自适应结构既具有承受荷载和传递运动的能力，同时还兼有检测(应力、应变、裂缝、损伤、温 度等)、动作(改变结构内部应力应变分布和结构外形及位置等)和改变结构特性(结构阻尼、固有频 率、光学特性、周围电磁场分布)等诸多智能功能，因此其应用前景非常广阔。3)结构减振抗震抗风 降噪的自适应控制。结构的动力响应一直是土木工程设计中的一个非常重要的问题，特别是对于高 层建筑和桥梁等大型土木工程结构的抗震抗风问题更是如此，而智能材料结构系统的开发与应用 就可为之提供一个更为有效的新途径，从而使结构的自适应控制成为可能。上述应用研究皆涉及智 能材料结构系统的下述技术领域：①智能材料结构系统的集成接术；②传感器和驱动器的制备与应 用技术；③信号信息的处理与传输技术；④人工智能与自控制技术；⑤现有智能材料的改性研究及 新型智能材料的超前研究等。本文主要从形状记忆合金(SMA)、压电、光纤等几种智能材料的力学 特性及其基本原理出发，介绍了它们在土木工程结构中的一些应用及相关研究，提出了在研究与应 崆稿日期：2∞O一03—13 基金质目：国家自然科学基金 作者简介 曹厢平(1963--)．男．陕西风翔人 讲师．主要从事建筑结构抗震和智能材料结构系统在土木工程中的应用等方 面的研究． 差 塑 萱璺±差：童丝盟盐丝 亟丝查圭查兰堡主 1O9 用中存在的一些问题并对其发展前景作r展望。 1 智能材料的类型及其特性 智能材料系统根据其功能特点可划分为两大类：一类是对外界或内部的刺激强度，如应力、应 变及物理、化学、光、热、电、磁、辐射等作用具有感知功能的材料，通称为感知材料。这类材料主要有 光导纤维、压电陶瓷、压电高分子材料、形状记忆合金及其它各种类型的传感材料，其中尤以光导纤 维最为重要。表1是几种传感材料的基本性能，在实际工程中可根据需要选用它们制作各种实用的 传感器 另一类是能对外界环境条件或内部状态发生变化时作出响应或驱动的材料，如形状记忆合 金、压电材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、电流变体、磁流变体和功能凝胶等。这些材料可根据温 度、电