本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)監(jiān)測修復(fù)，尤其是一種基于形狀合金驅(qū)動的混凝土梁損傷修復(fù)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生及擴展一直是土木工程中亟待解決的難點問題之一；由于收縮，水化熱和溫度變化等原因，橋梁在工作過程中發(fā)生物理結(jié)構(gòu)的變化，會不可避免地產(chǎn)生裂縫；伴隨著裂縫的產(chǎn)生擴展甚至貫穿，將直接影響橋梁的防水性，耐久性和承載能力，極大增加了發(fā)生安全事故的風(fēng)險；因此，非常有必要采取措施控制橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生及擴展。

2、形狀記憶合金材料具有形狀記憶效應(yīng)、偽彈性、高強度比、耐腐蝕和耐磨損等諸多優(yōu)良性能，所以形狀記憶合金及其復(fù)合材料引起了智能材料研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注；為了控制混凝土裂縫的產(chǎn)生及擴展，業(yè)內(nèi)專家提出將形狀記憶合金材料與混凝土材料相結(jié)合，從而抑制混凝土裂縫的產(chǎn)生及擴展，同時通過其形狀記憶效應(yīng)完成對裂縫的修復(fù)；然而，現(xiàn)有的相關(guān)研究主要是通過實驗測試和數(shù)值模擬來表征材料的力學(xué)性能，對于形狀記憶合金材料在不同初始狀態(tài)下的裂縫監(jiān)測理論并未深入研究，并且對于形狀記憶合金驅(qū)動混凝土梁的損傷修復(fù)并沒有一種行之有效的方法。

3、本發(fā)明提出一種基于形狀合金驅(qū)動的混凝土梁損傷修復(fù)方法及系統(tǒng)，本發(fā)明對實際工程中形狀記憶合金和混凝土梁的結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行了合理優(yōu)化，考慮了溫度和載荷對形狀記憶合金電阻特性與回復(fù)應(yīng)變驅(qū)動的影響，在形狀記憶合金驅(qū)動下對混凝土梁的損傷進(jìn)行修復(fù)，同時評估修復(fù)效果，并且由于本方法并沒有過多涉及混凝土的材料屬性，因此對基體材料具有一定的通用性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種基于形狀合金驅(qū)動的混凝土梁損傷修復(fù)方法及系統(tǒng)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種基于形狀合金驅(qū)動的混凝土梁損傷修復(fù)方法，所述方法包括如下步驟：獲取形狀記憶合金的材料特性參數(shù)；利用所述材料特性參數(shù)獲得模型參數(shù)；根據(jù)所述模型參數(shù)得到所述形狀記憶合金的應(yīng)變關(guān)系式；依據(jù)所述應(yīng)變關(guān)系式獲取混凝土梁損傷應(yīng)變與所述形狀記憶合金之間的變化關(guān)系式；基于所述形狀記憶合金的驅(qū)動對混凝土梁損傷進(jìn)行修復(fù)，并利用表達(dá)式對所述修復(fù)的情況進(jìn)行描述。本發(fā)明提出基于形狀記憶合金驅(qū)動對混凝土梁的損傷進(jìn)行修復(fù)，對混凝土梁的損傷監(jiān)測與修復(fù)機理展開詳盡的研究，提出混凝土梁損傷監(jiān)測及修復(fù)理論，實現(xiàn)了較為精確的混凝土梁裂縫損傷監(jiān)測，損傷修復(fù)和修復(fù)效果評估。

3、可選地，所述獲取形狀記憶合金的材料特性參數(shù)，包括：測定馬氏體彈性模量、奧氏體彈性模量、泊松比和最大相變應(yīng)變；獲取重定向的臨界應(yīng)力；獲得形狀記憶合金的相變臨界溫度；測量馬氏體和奧氏體形狀記憶合金的熱膨脹系數(shù)；計算馬氏體和奧氏體形狀記憶合金的應(yīng)力影響系數(shù)；得到與所述形狀記憶合金電阻率有關(guān)的初始參數(shù)。本發(fā)明通過獲取形狀記憶合金的材料特性參數(shù)，依據(jù)所得特性參數(shù)全面地描述形狀記憶合金材料的力學(xué)性能特征，所述特性參數(shù)在后續(xù)的理論研究和實際應(yīng)用中具有重要的使用價值，同時為本發(fā)明方法步驟提供有力的數(shù)據(jù)支持。

4、可選地，所述基于所述材料特性參數(shù)獲得模型參數(shù)，包括：對有關(guān)相變的所述模型參數(shù)進(jìn)行表示；描述重定向過程中非孿晶馬氏體體積分?jǐn)?shù)的第一變化規(guī)律；表述相變過程中馬氏體體積分?jǐn)?shù)的第二變化規(guī)律。本發(fā)明基于形狀記憶合金的材料特性參數(shù)獲得模型參數(shù)，提升流程步驟的嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性，同時能夠更好地理解形狀記憶合金材料在相變應(yīng)變過程中的性能變化，并且為后續(xù)研究奠定了理論數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5、可選地，所述根據(jù)所述模型參數(shù)得到所述形狀記憶合金的應(yīng)變關(guān)系式，包括：依據(jù)獲得的所述模型參數(shù)構(gòu)建模型；利用所述模型得到所述形狀記憶合金的應(yīng)變關(guān)系式。本發(fā)明通過構(gòu)建的模型，推導(dǎo)出形狀記憶合金在一定條件下的應(yīng)變關(guān)系式，不僅強化了方法流程的系統(tǒng)性與邏輯性，而且準(zhǔn)確地描述了形狀記憶合金的物理應(yīng)變特性，為深入研究形狀記憶合金材料的力學(xué)行為奠定了堅實基礎(chǔ)，也為實際工程應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化提供了理論依據(jù)，極大提升了理論研究的學(xué)術(shù)價值與應(yīng)用前景。

6、可選地，所述利用所述模型得到所述形狀記憶合金的應(yīng)變關(guān)系式，具體包括：

7、

8、其中，εs為形狀記憶合金材料當(dāng)前應(yīng)變，ε0為形狀記憶合金材料初始應(yīng)變，σ為形狀記憶合金材料當(dāng)前所受應(yīng)力，σ0為形狀記憶合金材料初始所受應(yīng)力，es為形狀記憶合金材料彈性模量，αs為形狀記憶合金材料的熱膨脹系數(shù)，t為當(dāng)前環(huán)境溫度，t0為初始環(huán)境溫度，εl為最大相變應(yīng)變，ξs為當(dāng)前非孿晶馬氏體體積分?jǐn)?shù)，ξs0為初始非孿晶馬氏體體積分?jǐn)?shù)。本發(fā)明利用表達(dá)式明確地描述形狀記憶合金材料在一定條件下的應(yīng)變關(guān)系，利用公式將形狀記憶合金材料的物理行為直觀具象化，提升了后續(xù)理論研究的可行性，同時增強了本發(fā)明方法的可行性和實用價值。

9、可選地，所述依據(jù)所述應(yīng)變關(guān)系式獲取混凝土梁損傷應(yīng)變與所述形狀記憶合金之間的變化關(guān)系式，包括：采用表達(dá)式對所述形狀記憶合金的電阻特性參數(shù)進(jìn)行表示；根據(jù)所述電阻特性參數(shù)建立混凝土梁損傷應(yīng)變與所述形狀記憶合金的變化關(guān)系式。本發(fā)明將混凝土梁在受力過程中產(chǎn)生的損傷應(yīng)變與形狀記憶合金電阻變化特性相聯(lián)結(jié)，不僅拓寬了結(jié)構(gòu)監(jiān)測的技術(shù)路徑，而且顯著提升了本方法的實用性，通過構(gòu)建兩者之間的關(guān)系式，以明確的表達(dá)式量化應(yīng)變與電阻變化的對應(yīng)關(guān)系，增強了方法的嚴(yán)謹(jǐn)性，為工程結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警，安全評估及修復(fù)決策提供了數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù)。

10、可選地，所述根據(jù)所述電阻特性參數(shù)建立混凝土梁損傷應(yīng)變與所述形狀記憶合金的變化關(guān)系式，具體包括：

11、

12、其中，εf為混凝土梁損傷應(yīng)變，δr為形狀記憶合金的電阻相對變化值，δδ為電阻率相對變化率，v為泊松比，σc為混凝土梁所受應(yīng)力，ec為混凝土梁彈性模量，αc為混凝土梁的熱膨脹系數(shù)，t為當(dāng)前環(huán)境溫度，t0為初始環(huán)境溫度，r為形狀記憶合金當(dāng)前電阻值，r0為形狀記憶合金初始電阻值。本發(fā)明以表達(dá)式準(zhǔn)確詮釋混凝土梁損傷應(yīng)變與形狀記憶合金電阻特性的內(nèi)在聯(lián)系，直觀易懂，流程簡潔且嚴(yán)謹(jǐn)，顯著提升方法的精確度與實用性，為實際工程應(yīng)用中的監(jiān)測方法與材料研究提供了新選擇。

13、可選地，所述基于所述形狀記憶合金的驅(qū)動對混凝土梁損傷進(jìn)行修復(fù)，并利用表達(dá)式對所述修復(fù)的情況進(jìn)行描述，包括：在所述混凝土梁上施加載荷直至所述混凝土梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷應(yīng)變；撤銷所述載荷并升高溫度，非孿晶馬氏體發(fā)生奧氏體相變使得所述形狀記憶合金逐漸恢復(fù)原樣；基于所述形狀記憶合金驅(qū)動修復(fù)所述混凝土梁的損傷應(yīng)變，并利用表達(dá)式對所述混凝土梁損傷的修復(fù)情況進(jìn)行描述。本發(fā)明利用形狀記憶合金對混凝土梁的損傷進(jìn)行修復(fù)，并用表達(dá)式對修復(fù)情況進(jìn)行描述，量化修復(fù)過程，使修復(fù)效果直觀地呈現(xiàn)，有助于對修復(fù)過程的理解，增強了理論研究的可行性。

14、可選地，所述基于所述形狀記憶合金驅(qū)動修復(fù)所述混凝土梁的損傷應(yīng)變，并利用表達(dá)式對所述混凝土梁損傷的修復(fù)情況進(jìn)行描述，具體包括：

15、

16、其中，εf為混凝土梁損傷應(yīng)變，σs為相變開始的臨界應(yīng)力，ea為形狀記憶合金材料奧氏體彈性模量，ξ為馬氏體體積分?jǐn)?shù)，em為形狀記憶合金材料馬氏體彈性模量，σc為混凝土梁所受應(yīng)力，ec為混凝土彈性模量，εl為最大相變應(yīng)變，ξs為重定向過程中非孿晶馬氏體體積分?jǐn)?shù)，ξs0為非孿晶馬氏體初始體積分?jǐn)?shù)，αs為形狀記憶合金材料的熱膨脹系數(shù)，αc為混凝土梁的熱膨脹系數(shù)，t為當(dāng)前環(huán)境溫度，t0為初始狀態(tài)環(huán)境溫度。本發(fā)明以表達(dá)式量化形狀記憶合金修復(fù)混凝土梁的效果，既簡化了操作流程，又直觀展現(xiàn)了修復(fù)情況，使工程技術(shù)人員能夠及時把握修復(fù)情況，及時采取針對性的措施，提升修復(fù)效率與質(zhì)量，增強了工程應(yīng)用的價值。

17、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于形狀合金驅(qū)動的混凝土梁損傷修復(fù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)執(zhí)行本發(fā)明提供的基于形狀合金驅(qū)動的混凝土梁損傷修復(fù)方法，所述系統(tǒng)包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、處理器和存儲器，其增益在于：本發(fā)明所集成的硬件設(shè)施擁有優(yōu)良的性能，所述輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、處理器和存儲器之間相互連接，各個部件間信息傳遞流暢，通過多個硬件設(shè)施交互作用，構(gòu)建起一個高效的信息處理系統(tǒng)。本發(fā)明所述系統(tǒng)利用形狀記憶合金的獨特物理特性，實現(xiàn)了對混凝土梁裂縫損傷的準(zhǔn)確修復(fù)，并通過表達(dá)式和圖形數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)修復(fù)情況，對于工程技術(shù)人員具有重要的參考價值。