SMA丝加固斜裂损木梁受弯性能研究.pdfVIP

聊城大学专业硕士学位论文

摘要

木结构是我国古建筑的主要形式，不仅蕴含着深厚的历史底蕴，更展现出卓越的

艺术成就和科学价值。经过几百年甚至几千年的风雨洗礼，作为木结构中主要受力构

件之一的木梁大都出现不同程度的损伤现象，需进行维修和加固。SMA丝具有超弹

性及形状记忆效应等诸多优点，将其超弹性特性应用到木梁加固中，不仅可保留木结

构原貌，且便于施工，可减少加固过程中对木结构造成的损害。因此，有必要对SMA

丝加固斜裂损木梁的受力性能进行深入研究，以达到科学、合理保护古建筑的目的。

本文通过三分点抗弯试验、有限元模拟及理论分析对SMA丝加固后斜裂损木梁的受

力性能进行了研究。主要内容如下：

（1）对樟子松及SMA丝进行材料性能试验。通过试验获得樟子松的密度、泊

松比、抗压强度、抗剪弹性模量等力学性能指标以及不同循环加载次数、不同预应变

下SMA丝的应力应变曲线，为后文进行试验和数值模拟分析提供相关数据。

（2）本文试验共设置8根木梁进行受弯性能试验，分别为1根完好木梁、1根

残损木梁、在梁底设置1、2、3根SMA丝进行加固的残损木梁以及在梁底设置2根

1%2%3%SMA

预应变为、、丝进行加固的残损木梁。通过试验得到试件承载力、刚

度、应力、应变等力学性能指标，将加固木梁与残损木梁的力学性能指标进行对比分

析，得到不同加固方法对各斜裂损木梁受弯承载力的影响，揭示加固后残损木梁受弯

承载力变化规律。研究结果表明：在木梁底部设置SMA丝可有效提高木梁极限承载

能力及变形能力，在梁底设置2根预应变为3%的SMA丝的加固效果最好，木梁极

限承载力提高38.02%。

3ANSYSSMA

（）利用软件建立丝加固裂损木梁模型。对其将数值模拟计算结

果与试验结果进行对比，验证了该建模方式的正确性与准确性。对拓展工况进行模拟

分析，探究木梁裂损长度、SMA丝根数及预应变对斜裂损木梁承载力增强的规律。

结果表明：SMA丝根数、木梁裂损长度及SMA丝预应变程度是影响SMA丝加固木

梁加固效果的重要影响因素。在其他因素不变时，加固木梁承载力随SMA丝根数及

预应变的增加而提高，随木梁裂损长度的增加而降低。

4SMA

（）丝加固木梁承载力计算公式拟合。将各工况模拟结果进行整理分析，

i

聊城大学专业硕士学位论文

获得SMA丝根数及预应变对裂损木梁承载力的影响系数，推导得到SMA丝加固木

梁承载力计算公式拟合。结果表明：公式计算值与试验结果及模拟结果相吻合，所提

出的计算方法具有正确性，可为以后木梁加固方面的工作提供一定的参考。

关键词：斜裂损木梁；SMA丝；加固；受弯性能

ii

聊城大学专业硕士学位论文

ABSTRACT

WoodenstructureisthemainformofancientarchitectureinChina,withhigh

historical,artisticandscientificvalue.Afterhundredsoreventhousandsofyearsofwind

andrain,mostofthewoodenbeams,whichareoneofthemainload-bearingcomponents

inwoodenstructures,havedifferentdegreesofdamageandneedtoberepairedand

reinforced.SMAwirehasmanyadvantagessuchassuperelasticityandshapememory

effect,anditssuperela