1. 研究目的与意义（文献综述）

混凝土结构是当前建筑发展中使用最为广泛的结构形式，并随着混凝土技术的发展，以及对建筑物安全性，舒适性的要求，混凝土已经向高强度、高智能、多功能目标发展。混凝土结构的优势十分明显，易于就地取材，受力性能好，经济性好，但缺点也较为突出，比如自重大，刚度大，延性和变形性能差等，一旦结构中的混凝土构件因受地震、海啸等自然灾害的作用而使外部荷载急剧增大，容易在达到极限承载力的情况下发生脆性断裂，使结构整体的安全性和可靠性受到威胁甚至发生倒塌等严重的破坏，给人们的生命财产带来了巨大的损失。目前，在建筑物的抗震减震设计中，常把对地震作用的“硬抗”变为“疏导”来隔离和消耗地震能量，可以避免传统结构加固方式仅靠自身塑性变形吸收能量的缺点，使得建筑物上部结构在强震动中只发生刚体摇晃而基本不发生变形，从而保证建筑物自身的安全。如果将形状记忆合金置于土木建筑结构中，不仅能在结构受到外界振动影响而出现变形、裂纹、损伤时，较大部分的能量都可被形状记忆合金吸收并耗散掉，而且还可以利用形状记忆合金的功能特性，实现对结构的自我诊断，因此显著增加了结构的安全可靠性。在工程实践中，最常见的是将形状记忆合金安置于结构层间、底部或建筑物四角等受地震力作用较大的部位，实现对地震能量的吸收和消耗。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。为此越来越多的形状记忆合金减震吸能装置应用于建筑物和桥梁的设计中。

在目前已得到实际应用的三大形状记忆合金体系（ni-ti基、cu基和fe基合金）中，cu基形状记忆合金，如cu-al-ni，cu-zn-al和cu-al-mn合金等，由于具有价格低廉（不到ni-ti合金的1/10）、良好的导电和导热性能、相变温度可调范围广、工作温度较高等优点，已成为除ni-ti合金之外，较具应用前景的形状记忆合金。新型cu-al-mn形状记忆合金，由于其良好的热稳定性和优良的力学性能，近年来正受到越来越多研究者的关注，成为cu基形状记忆合金的又一研究热点。前期研究表明采用定向凝固方法制备了具有轴向强织构和平直低能晶界特征的柱状晶cu-al-mn形状记忆合金，解决了普通多晶组织cu基形状记忆合金由于变形协调能力差，易发生晶间断裂而导致记忆性能差，限制了合金的广泛应用的问题。该合金的超弹性应变可达到10%以上，达到单晶合金水平，具有替代ni-ti合金的潜力。

柱状晶cu-al-mn形状记忆合金具有良好的超弹性性能和形状记忆效应，其应力应变曲线具有独特的迟滞效应而形成迟滞环，因此形状记忆合金具有良好的吸能作用，在减震方面性能优越。将柱状晶cu-al-mn形状记忆合金应用于混凝土中，能大大加强混凝土的抗压及抗拉性能。不仅可用形状记忆合金直接替换钢筋而做成新型现浇合金混凝土，也可对形状记忆合金施加预应力而制成预应力合金混凝土。此外，由于混凝土具有三向应力效应，可在混凝土柱外围缠绕形状记忆合金线圈以增强混凝土柱的承压能力。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容及目标

（1）通过试验获取cu-al-mn形状记忆合金和混凝土材料的力学性能参数，设计合金增强混凝土梁、柱结构并采用有限元模拟仿真的方法计算其在受外载荷作用下的应力、应变以及破坏分析。

（2）制备简易的cu-al-mn形状记忆合金增强混凝土复合结构，采用力学实验的方法验证计算仿真的结果，并进行优化设计，以期实现混凝土结构的自修复能力、承载能力和减震能力等综合性能的提高。

3. 研究计划与安排

1.第1-2周查阅国内外文献并翻译英文文献，了解形状记忆合金减震吸能应用的相关知识，了解混凝土复合材料制备方法和计算仿真实验，完成开题报告；

2.第3-7周学习与研究内容相关的设计知识和试验方法，开始进行有限元计算仿真；

3.第7-11周完成实验验证；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]chen q, andrawes b. cyclic stress-strain behavior of concrete confined with nitinb-shape memory alloy spirals[j]. journal of structural engineering, 2017,143(040170085).

[2]mas b, biggs d, vieito i, et al. superelastic shape memory alloy cables for reinforced concrete applications[j]. construction and building materials, 2017,148:307-320.

[3]shrestha k c, saiidi m s, cruz c a. advanced materials for control of post-earthquake damage in bridges[j]. smart materials and structures, 2015,24(0250352).