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摘要：形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）作为一种新型的功能材料，受到土木工程界的广泛关注。本文综述了近十几年来SMA在土木工程中的应用，分别对耗能阻尼器、耗能支撑系统和梁柱节点进行了总结和归纳。指出存在的问题和今后的发展方向。
关键字：形状记忆合金（SMA）；土木工程；应用
1 引言
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种新型的功能性材料，具有独特的阻尼性能、形状记忆效应和超弹性效应。国内外的很多学者对SMA在土木工程中的应用进行了大量的理论和实验研究，并取得了一定成果。本文对SMA在土木工程中的应用进行了综述，并对今后的研究进行展望。
2 SMA材料的特点
当SMA的温度高于奥氏体相变完成温度 时，若加载应力超过弹性极限应力后继续加载SMA发生变形，此时，若卸载则SMA产生马氏体逆相变而恢复到奥氏体相状态，SMA变形将回复到初始状态。此为SMA的超弹性效应。
SMA材料在马氏体状态下发生变形，经过加热升温至完全奥氏体状态时，材料恢复到变形前的形状。这种特性为SMA的形状记忆效应。
另外，SMA还有高阻尼性能、滞后性能、高耐久性和抗疲劳性能等优良特性。
3 SMA在土木工程中的应用
自上个世纪90年代初Graesser[1]等将SMA引入结构振动控制并进行相关研究以来，不少国内外学者对SMA在土木工程中的应用研究也陆续展开。例如Indirli[2]采用SMA对1996年经历了4.5级地震的意大利San Giorgio教堂进行了修复。该教堂在2000年遭遇同样震级地震后，结构依然保持完好。以上这些均显示了SMA在土木工程中独特而优异的特性，具有广阔的应用前景。按照装置所用材料形式的不同，可以将其分为SMA丝材装置、SMA棒材装置和SMA复合型装置。本节着重介绍了近十几年来SMA在土木工程中的应用现状并探讨了其发展趋势。
3.1 SMA丝材装置
Han等[3]和肖尔田等[4]均研制了用于框架结构的阻尼器，研究表明该两种阻尼器均可显著提高框架振动的衰减速率。
任文杰等[5]开发了一种自复位阻尼器，数值分析发现，自复位阻尼器能有效抑制结构的层间位移，不足之处是增大了结构的加速度。
刘震[6]设计了一种基于SMA的自复位耗能支撑，试验研究结果表明该支撑具有良好的耗能和自复位性能。
孙彤等[7]提出了一种多维SMA阻尼器，利用阻尼器的特殊构造可将扭转运动转化为SMA丝的拉伸，提供轴向阻尼和绕轴向扭转的阻尼，具有优良的耗能能力和自复位能力。
3.2 SMA棒材装置
Ma[8]等研制了一种用SMA长螺栓制成的自复位梁柱节点，该类节点可以利用SMA螺栓的伸长克服传统节点容易形成塑性铰的缺点，且卸载后由于SMA的超弹性性能，节点可自复位，具有优良的抗震性能。
Youssf和Alam[9]设计了一种用SMA棒连接的梁柱节点，这种节点利用了SMA的超弹性性能，卸载后节点可以回复大部分的SMA变形，克服了普通梁柱节点形成的不可恢复的残余变形的缺点。
DesRoches等[10]两种新型的梁柱节点，两种节点分别利用奥氏体SMA的自复位能力和马氏体SMA的耗能能力，强震作用下，耗能型节点可以减小强震下结构的变形，自复位型节点能够在震后使残余变形降到最小，不足之处是自复位型节点用于九层框架时会增大结构的最大变形。
武振宇等[11]了一种用马氏体SMA棒连接的梁柱节点，准静态和动态循环加载试验结果均表现出了较稳定的耗能性能。
3.3 复合型装置
Speicher等[12]了一种改进型拉压装置，利用Ni-Ti螺旋弹簧或者Ni-Ti碟形垫圈来抵抗压力，试验表明，螺旋弹簧具有较好的自复位和阻尼性能，而碟形垫圈可以用来耗能，缺点是碟形垫圈有可能出现越跃式翻转造成在工作过程中失效。
任文杰[13]出了一种自复位SMA阻尼器，对其滞回性能进行了试验研究，结果表明，结构的层间位移最大值和残余位移最大值都得到了有效的控制，但是却放大了结构的加速度峰值。
赵祥等[14]了一种兼具自复位、高耗能及功能放大于一体的SMA复合黏滞阻尼器，研究表明SMA与黏滞阻尼器具有良好的协同工作能力，可有效发挥SMA的超弹性和黏滞阻尼器的速度相关特性，具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力。
李灿军等[15]柱节点中引入摩擦型耗能器和超弹性SMA杆，形成摩擦耗能型SMA杆梁柱节点。数值分析表明，节点抗弯能力和自复位性能随着SMA杆径的增大显著提高，SMA杆预应变能有效降低节点的残余变形。
3.4 小结
本节根据装置选用材料形式的不同分别从丝材装置、棒材装置和复合型装置方面对近十几年来SMA在土木工程中的应用进行了总结。总体来看，众多学者设计的装置基本可以达到设计目的。但有些装置的设计比较粗糙，可能会影响装置的使用效果；有的装置尽管控制效果不是很好，但为今后的研究提供了思路和方向。因此，综合考虑和合理利用SMA的性能，设计更加精细、构造更加简单、更利于发挥装置性能和方便施工的装置是SMA应用于土木工程亟待解决的问题。
总结来看，在对以上几类装置的研究中很多学者都考虑了结果的自复位功能，为了实现结构使用的可持续化和考虑结构的全生命周期，自复位结构将是今后研究的重要方向。
4 结语
SMA作为一种新型功能材料，在土木工程中有着广阔的应用前景。根据装置中SMA材料形式的不同，分类总结了近十几年来SMA在土木工程中的应用，指出自复位结构将是未来土木工程建筑应用和发展的重要方向之一。
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