新型交叉支撑型金属消能器的性能及试验研究

发布时间：2017-11-28 16:09

本文关键词：新型交叉支撑型金属消能器的性能及试验研究

【摘要】：金属消能器具有工作性能稳定、耗能能力优良、安装更换方便等优点,正被越来越多地应用于结构减震设计。本文综合利用防屈曲耗能支撑轴向屈服的耗能机理和剪切钢板消能器体积较小的优点,同时为了消除核心受力构件的焊接残余应力影响,减小低屈服点钢的用钢量,提出了一种新型的耗能支撑杆两端铰接的交叉支撑型金属消能器；为改善耗能支撑杆的稳定性,将两根耗能支撑杆中点处用高强销钉联结,提出一种新型的互约束交叉支撑型金属消能器。首先,对交叉支撑型金属消能器进行理论分析,耗能支撑杆受压时简化为两端铰接的压杆,基于切线模量理论推导其非弹性屈曲荷载；互约束交叉支撑型金属消能器的两块耗能支撑杆可简化为交叉连续杆,本文推导了压杆受到拉杆弹性支承作用时的计算长度公式；提出了两种新型消能器的初始弹性刚度、屈服荷载和屈服位移等核心性能参数的理论计算公式。其次,对耗能支撑杆的尺寸参数进行有限元分析,分别研究了杆件高度h、厚度t和宽度w对其屈曲特征值、承载力和滞回性能的影响,根据分析结果进行新型交叉支撑型金属消能器试验构件设计；通过单调位移加载模拟研究新型交叉支撑型金属消能器的应力和面外变形发展,得到核心性能参数的有限元值；通过往复循环加载模拟得到新型交叉支撑型金属消能器的滞回曲线,结果表明滞回曲线饱满,无捏缩现象,耗能能力优良。然后,对新型交叉支撑型金属消能器进行力学性能试验研究。首先对LY160低屈服点钢和普通Q235钢进行材料性能试验,得到两种钢材弹性模量、屈服强度、极限强度、伸长率等核心参数,确定材料的本构关系。对4个不同参数和构造的新型交叉支撑型金属消能器进行低周往复加载试验,结果表明其具有良好的耗能能力和低周疲劳性能,力学模型可简化为双线性模型；新型交叉支撑型金属消能器核心性能参数的理论值、有限元值、试验值基本吻合,说明本文推导的理论公式可信。最后,提出新型交叉支撑型金属消能器在多遇和罕遇地震作用下的消能减震设计方法,为工程实际运用提供指导和建议。结合工程案例,采用Etabs软件对减震结构进行多遇地震作用下的弹性时程分析,采用Perform-3D软件对减震结构进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,结果表明设置新型交叉支撑型金属消能器后有效减小了结构的层间位移角,各层新型消能器滞回曲线饱满,消耗了大量地震输入的能量,减小了结构构件本身的损伤。本研究表明,新型交叉支撑型金属消能器耗能机理明确,构造简单,用钢量小,加工安装方便,力学性能稳定,耐疲劳性能好,可广泛应用于新建建筑以及既有建筑的被动控制。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.1

【参考文献】

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