構造物の耐久性を飛躍的に向上させる新材料を用いたプレストレス導入法の開発

开发使用新材料的预应力引入方法，可显着提高结构的耐久性

基本信息

批准号：
22K18819
负责人：
藤倉修一
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Utsunomiya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

土木構造物におけるプレストレス導入を可能にする形状記憶合金の開発研究を行った．変態温度ヒステリシスが広い形状記憶合金としてCu-Al-Mn系合金に着目した．200℃付近の温度域で時効処理を施すことでベイナイト変態が生じることがわかっているため，これを利用することで，変態温度ヒステリシスを拡大することが可能と考えられる．そこで，Cu-Al-Mn及びCu-Al-Mn-Ni合金を作製して200℃時効を行い，時効時間とマルテンサイト変態温度の関係を調査した．時効処理によりベイナイト変態が生じることでマルテンサイト変態温度が低下し，変態ヒステリシスが増大することが確認できた．これらの実験結果を解析することでベイナイト変態の活性化エネルギーを算出することができ，温度と時間をパラメータとした時効条件の推定ができるようになった．さらに，ベイナイト変態させたCu-Al-Mn合金単結晶を作製し，様々な応力下での変態挙動を調査した．印加応力が低い場合，複数のマルテンサイトバリアントが生成して大きな可逆歪は得られなかったが，比較的高い応力下では，最大で6.4%の大きな回復歪が得られた．また，印加応力が高いほど変態温度ヒステリシスが増大する傾向が見られた．時効時間が長くなりベイナイト変態が過度に進行すると，変態温度ヒステリシスは増大するが形状回復歪は低下した．以上より，Cu-Al-Mn合金において適切な時効時間で生成するベイナイト変態を利用することで，プレストレス導入に有効な，ヒステリシスの広い形状記憶合金が開発できる可能性を見出すことができた．開発した形状記憶合金をコンクリート部材中に用いて，プレストレス導入効果を検証するための，実験方法に関する検討を行った．形状記憶合金を丸棒形状に加工し，定着工法については，丸棒両端部を転造ねじ加工し，ナットによって定着版を端部に取り付けることとした．

我们对形状记忆合金进行了研究和开发，以在土木工程结构中引入预应力。我们专注于 Cu-Al-Mn 合金作为具有宽转变温度滞后的形状记忆合金。已知在200℃左右的温度范围内进行时效处理时会发生贝氏体相变，因此认为通过利用这一点，可以扩大相变温度滞后。为此，制备了Cu-Al-Mn和Cu-Al-Mn-Ni合金，并在200℃下时效，研究了时效时间与马氏体转变温度的关系。经证实，时效处理会引起贝氏体相变，从而降低马氏体相变温度并增加相变滞后。通过分析这些实验结果，可以计算贝氏体相变的活化能，并且可以使用温度和时间作为参数来估计时效条件。此外，我们还制备了具有贝氏体相变的Cu-Al-Mn合金单晶，并研究了它们在不同应力下的相变行为。当施加应力较低时，会产生多个马氏体变体，无法获得大的可逆应变，但在相对较高的应力下，获得了高达6.4%的大恢复应变。此外，随着施加应力的增加，转变温度滞后有增加的趋势。随着时效时间的增加和贝氏体相变过度进行，相变温度滞后增大，但形状恢复应变减小。综上所述，我们发现了通过利用Cu-Al-Mn合金在适当的时效时间下发生的贝氏体相变来开发具有宽滞后的形状记忆合金的可能性，该合金可有效地引入预应力。我们研究了一种实验方法，以验证在混凝土构件中使用开发的形状记忆合金引入预应力的效果。将形状记忆合金加工成圆棒形状，锚固方法是在圆棒两端加工滚压螺钉，并用螺母将锚固板固定在两端。