智能材料在桥梁工程中的应用.pdf

《智能材料在桥梁工程中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、工程材料与设备器EngineeringMaterial&Equipment智能材料在桥梁工程中的应用李瑞军1，牛超然2(1．中交隧道工程局西安第二工程有限公司，陕西西安710075；2．淄博坤宇路桥设计有限公司，山东淄博255000)摘要：智能材料是近年来新兴的具有特殊性质的材料。利用这峰材料的特性，能够提高桥梁结构的可靠性和安全性，因此介绍了智能材料的特点、分类及智能混凝土材料在桥梁工程中的应用。关键词：桥梁工程；智能材料；应用中图分类号：U444文献标志码：B文章编号：1009—7767(2010)04-0145—03O

2、nApplicationofIntelligentMaterialinBridgeEngineeringLiRuijun，NiuChaoran进入21世纪以来，随着我国城市化进程的加快，各地的桥梁建设得到了日新月异的发展。桥梁工程作为生命线工程的重要组成部分。在现代城市生活中起着举足轻重的作用。一旦遭到破坏，轻则造成交通瘫痪。重则给社会生活带来灾难性的后果，因此研究和开发新型功能性材料、控制构件和装置，确保桥梁结构在遭受地震、火灾、狂风、载重车辆通过时仍然具有一定的安全性和可靠性就显得十分重要。近年来，一种新兴的具有特殊性质

3、的材料——智能混凝土被应用于桥梁T程，取得了很好的效果，应用前景非常广阔。1智能材料介绍20世纪70--一80年代．由材料失效引起的一系列灾难性事故使人们意识到，如果材料能像生物体一样，具有自感知、自诊断、自适应、自修复等功能，就可大大提高工程结构的可靠性和安全性。减轻或避免灾难性事故的发生。因此，人们提出了智能材料的概念。所谓智能材料(Smartmaterials)，又称敏感材料，是一种能“感觉”出周围环境的变化。并且能针对这一变化采取相应对策的材料。当它感受到外界震动，其压力、声音、温度、电磁波等物理量发生变化时，其性状

4、亦会随之变化。智能材料包括那些能对环境产生反应的液体、合金、合成物、水泥、玻璃、陶瓷、塑料等材料，其应用领域十分广阔IlI。智能材料的形成有2个指导思想。即材料的多功能复合及仿生设计。智能材料通常具有或部分具有以下的功能和生命特征：①传感功能(Sensor)能够感知外界或自身所处的环境条件．如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化；②反馈功能(Feedback)可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统；③信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来

5、；④响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地做出相应的反应，并采取必要行动；⑤自诊断能力(Serf-diagnosis)能够通过分析比较系统目前的状况与过去的情况。对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正；⑥自修复能力(Serf-recovery)能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏；⑦自调节能力(Self-adjusting)对不断变化的外部环境和条件，能及时按照设定的方式选择和控制响应。根据功能特点，智能材料可划分为两大类：一类是对外界或内部的刺激强度，如力、声、光、热、

6、电、磁、化学和辐射等作用具有感知功能的材料．又称为感知材料。这类材料主要有光导纤维、压电材料、形状记忆合金及其他各种类型的传感材料。另一类是能在外部环境条件或内部状态发生变化时做出响应或驱动的材料，又称为驱动材料，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、电场或磁场的变化而自动改变其形状、尺寸、刚度、振动频率、阻尼及其他一些物理力学特性，因而人们可根据需要，选择其2010年第4嵩(74)第28巷辛荭教木一盯145器工程材料与设备EngineeringMateri

7、al&Equipment中的某些材料制作成各种驱动器或驱动元件。下面介绍几种智能混凝土材料的特性及在桥梁T程中的应用。2智能混凝土材料的应用智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分。使之成为具有自感知、记忆、自适应、自修复等特性的多功能材料。这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止结构潜在的脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，从而显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。2．1自诊断混凝土自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。这是在普通混凝土基材中复合了部分其他材料组分之后．使之

8、具备了本征自感应功能。其材料组分有聚合类、碳类、金属类和光纤等，最常用的是碳类、金属类和光纤。其中碳纤维智能混凝土、光纤传感智能混凝土[21是目前比较热门的2种损伤自诊断混凝土。1)碳纤维智能混凝土碳纤维智能混凝土是在混凝土材料中掺人了适量碳纤维。这不仅可以显著提高其强度和韧性，而且其物理