本發明屬于鋼結構加固，具體涉及一種多層復合sma的自錨固自補償加固裝置及方法。
背景技術：
1、隨著鋼結構在橋梁及大型工程結構中的廣泛應用，其在長期服役過程中不可避免地受到疲勞荷載、環境侵蝕及溫度變化等因素的影響，易在關鍵受力部位產生裂紋并逐漸擴展，從而威脅結構的整體安全性。為了抑制裂紋擴展、恢復或提高結構承載能力，采用形狀記憶合金（sma）引入主動預應力的加固方法受到廣泛關注。
2、現有的sma加固技術通常通過將sma構件直接粘貼或錨固于鋼結構的表面，在加熱激勵后利用sma的形狀記憶效應對結構施加壓應力，從而降低裂紋尖端的應力強度因子。然而，該類方法在工程應用中仍存在若干不足。一方面，sma的激勵溫度通常較高，直接作用于膠層時容易引起膠層性能劣化，進而影響長期粘結可靠性；另一方面，為實現sma構件的可靠錨固，往往需要對sma本體進行打孔、切槽或設置復雜的機械錨具，這不僅加工難度大，而且還容易引入應力集中，削弱sma構件的力學性能。
3、此外，形狀記憶合金在工程服役環境中不可避免地受到日照、季節變化及結構服役溫度波動的影響，其形狀記憶效應與回復應變能力會隨環境溫度長期作用而發生不同程度的衰減。當sma構件已被激勵并處于受約束狀態時，該記憶效應衰減將直接表現為主動預應力的逐步降低。
4、現有技術中針對上述由環境溫度引起的記憶效應損失，通常依賴再次熱激勵或更換sma構件進行修復，這難以在不中斷結構服役的條件下實現持續、自動的預應力補償。因此，亟需一種能夠無需人工激勵或更換sma構件本體的前提下，實現加固功能與自錨、自補償功能分離并協同工作的sma加固裝置，以提高鋼結構加固體系的安全性和長期服役性能。
技術實現思路
1、本發明為了克服現有技術存在的不足，提供了一種多層復合sma的自錨固自補償加固裝置，所述自錨固自補償加固裝置可以在不依賴二次熱激勵的條件下，實現對sma板預應力損失的自動補償與長期保持。
2、本發明的第二個目的在于提供一種多層復合sma的自錨固自補償加固方法。
3、本發明解決上述技術問題的技術方案是：
4、一種多層復合sma的自錨固自補償加固裝置，包括至少兩組轉接鋼板、多層復合sma板以及用于將多層復合sma板的兩端分別安裝在兩組轉接鋼板上的連接組件，其中，所述轉接鋼板安裝在被加固鋼結構構件的表面，且分別位于鋼結構裂紋潛在擴展路徑的兩側；所述多層復合sma板包括自鎖自補償用sma板、加固用sma板以及用于將自鎖自補償用sma板安裝在加固用sma板上的安裝組件，其中，所述自鎖自補償用sma板為經預拉伸與預熱激勵定型處理的形狀記憶合金板，其內部預存有形狀記憶回復變形能力，該自鎖自補償用sma板的一端通過所述安裝組件固定在所述加固用sma板上，另一端則固定在所述轉接鋼板上；所述加固用sma板為裝配后再進行熱激勵的形狀記憶合金板，用于在鋼結構裂紋尖端區域產生閉合裂紋的主動預應力；當所述加固用sma板在服役過程中發生預應力損失時，所述自鎖自補償用sma板通過預存的形狀記憶回復變形能力，對所述加固用sma板的軸向變形損失進行補償，實現無需二次熱激勵的預應力自補償。
5、優選地，所述自鎖自補償用sma板設置在所述多層復合sma板的其中一端或兩端，該自鎖自補償用sma板至少為兩組。
6、優選地，所述自鎖自補償用sma板設置在所述多層復合sma板的其中一端，該自鎖自補償用sma板為兩組，兩組自鎖自補償用sma板分別設置在所述加固用sma板的上下兩側；位于上側的自鎖自補償用sma板的其中一端通過安裝組件固定在所述加固用sma板上，另一端的部分區域的上下兩側則分別固定在所述轉接鋼板和所述加固用sma板上；位于下側的自鎖自補償用sma板的其中一端通過安裝組件固定在所述加固用sma板上，另一端的部分區域的上下兩側則分別固定在所述加固用sma板和所述轉接鋼板上。
7、優選地，所述自鎖自補償用sma板的寬度大于所述加固用sma板的寬度。
8、優選地，所述安裝組件包括銷釘，所述銷釘用于將所述自鎖自補償用sma板與所述加固用sma板連接為整體。
9、優選地，所述轉接鋼板通過粘接劑固定在被加固鋼結構構件的表面，該轉接鋼板包括第一轉接鋼板和第二轉接鋼板；所述連接組件包括第一連接組件和第二連接組件，其中，所述第一轉接鋼板與所述多層復合sma板之間通過第一連接組件固定；所述第二轉接鋼板與所述多層復合sma板之間通過第二連接組件固定。
10、優選地，所述第一連接組件包括設置在所述第一轉接鋼板上的安裝槽，所述第二連接組件包括設置在所述第二轉接鋼板上的鋼柱；其中，所述多層復合sma板中設置有自鎖自補償用sma板的端部嵌入所述安裝槽內，該多層復合sma板中位于下側的自鎖自補償用sma板的其中一端通過安裝組件固定在所述加固用sma板上，另一端的部分區域的上側則固定在所述加固用sma板上；所述多層復合sma板的另一端則設置有與所述鋼柱配合的安裝孔，所述安裝孔設置在所述加固用sma板上。
11、優選地，在對所述加固用sma板進行熱激勵時，所述自鎖自補償用sma板也同步受熱，在預設的安裝槽內發生垂直于軸向的橫向膨脹變形，該自鎖自補償用sma板的兩側側壁與所述安裝槽的內壁形成全貼合面接觸，通過截面增大產生的橫向擠壓力形成橫向鎖緊效應，在所述安裝槽內實現自鎖錨固。
12、優選的，還包括磁性固定件，所述磁性固定件用于在施工階段對所述加固用sma板進行臨時固定，以限制其在熱激勵過程中的橫向偏載與軸向滑移。
13、優選的，所述銷釘和所述鋼柱的直徑均為4-6mm。
14、優選的，所述自鎖自補償用sma板與所述加固用sma板優選采用相同材料體系并分開進行激勵時序控制，以形成不同的初始記憶狀態和工作功能，具體為：所述自鎖自補償用sma板在裝配前經熱激勵產生形狀記憶效應；所述加固用sma板在裝配完成后經熱激勵產生形狀記憶效應，使二者在服役環境溫度作用下發生同步的形狀記憶效應衰減，從而通過多層復合sma板中的非粘接變形區實現加固用sma預應力損失的自動補償；其中，在初始加固階段，所述加固用sma板的軸向恢復力通過連接組件帶動自鎖自補償用sma板向激勵中心方向相對移動并形成自鎖錨固；在長期服役階段，加固用sma板因溫度而產生預應力損失，表現為軸向松弛變形的增長；由于自鎖自補償用sma板與加固用sma板通過銷釘及非粘接變形區形成力學并聯關系，當加固用sma板發生軸向松弛時，原先由加固用sma板獨立承擔的總預拉力將在自鎖自補償用sma板與加固用sma板之間按剛度重新分配：加固用sma板的拉力下降，而自鎖自補償用sma板因被動受拉而拉力上升。自鎖自補償用sma板在非粘接變形區內產生的附加拉伸變形，恰好補償了加固用sma板由于軸向松弛導致的預應力損失。該補償機制的力學前提是：自鎖自補償用sma板與加固用sma板采用相同材料體系，在相同服役環境溫度下形狀記憶效應衰減規律相近，但二者因初始記憶狀態及約束條件的差異，在結構體系中的瞬時軸向剛度并不同步下降——自鎖自補償用sma板在補償方向上保有更高的表觀剛度儲備。由此，在不施加二次熱激勵的條件下，通過系統內力的自動重分配實現對加固預應力的持續補償。
15、一種多層復合sma的自錨固自補償加固方法，包括以下步驟：
16、s1、將兩組轉接鋼板粘貼于鋼結構裂紋潛在擴展路徑的兩側，且保證有效粘接總面積不小于6000mm2；
17、s2、將經預拉伸與預熱激勵定型處理的自鎖自補償用sma板安裝在加固用sma板上，以形成多層復合sma板，并將所述多層復合sma板的兩端安裝在兩組轉接鋼板上；
18、s3、對加固用sma板施加熱激勵，使該加固用sma板對鋼結構裂紋尖端產生主動預應力，并驅動自鎖自補償用sma板實現自鎖錨固；當加固用sma板發生預應力損失時，所述自鎖自補償用sma板通過預存的形狀記憶回復變形能力，對所述加固用sma板的軸向變形損失進行補償，實現無需二次熱激勵的預應力自補償。
19、本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
20、1、本發明通過對加固用sma板施加熱激勵，使其在鋼結構裂紋尖端區域產生主動預應力，從而抑制裂紋擴展；同時，在連接組件及多層復合結構的作用下，所述自鎖自補償用sma板向激勵中心方向移動；在轉接鋼板的安裝槽中，所述自鎖自補償用sma板通過截面擴張與槽壁接觸形成自鎖錨固；當加固用sma板在長期服役過程中因溫度變化或材料特性發生預應力損失時，所述自鎖自補償用sma板通過自身變形對加固用sma板的軸向變形進行補償，實現預應力自補償。其中，所述自鎖自補償用sma板在裝配前預先通過熱激勵產生初始形狀記憶效應，并在常溫條件下保持記憶狀態；所述加固用sma板在完成裝配后再施加熱激勵，以實現在鋼結構裂紋尖端區域引入主動預應力。
21、2、本發明的自錨固自補償加固裝置可以在不依賴二次熱激勵的條件下，通過構建加固用sma與自鎖自補償用sma的協同工作體系，主動利用二者在環境溫度作用下形狀記憶效應的同步衰減特性，實現對所述加固用sma板的預應力損失的自動補償與長期保持，且具有結構簡單、施工適應性強和工程應用前景廣闊等優點。