墙板内置无粘结支撑钢框架结构的抗震性能和设计方法

发布时间：2020-06-23 17:16

【摘要】：墙板内置无粘结钢板支撑(墙板内置支撑)是以外部墙板做为约束构件的防屈曲支撑,墙板为内置支撑提供侧向约束并可兼做隔墙,墙板内置支撑可做为中心支撑改善结构的抗震性能。目前,对墙板内置支撑钢框架结构抗震性能的试验研究表明,构造合理的结构抗震性能良好。但因试验量测内容和获得的数据较有限,尚不能深入考察关键构造的变化对结构在往复作用下的工作机理、滞回特性、塑性发展历程等的影响规律。特别是,缺乏对结构的合理构造和相应设计方法的研究。因此,本文结合试验研究和数值模拟,深入研究了墙板内置支撑钢框架结构的构造、抗震性能和设计方法等问题。主要研究内容如下:(1)因轴向低周往复作用下内置支撑钢材具有混合强化特性,故采用ABAQUS程序模拟了相关试验中的墙板内置支撑构件。经调整本构关系中的控制参数使支撑构件滞回曲线的模拟和试验结果尽可能一致,从而确定出支撑的混合强化控制参数,并应用到后续的墙板内置支撑钢框架结构的试验模拟中。(2)采用ABAQUS程序,通过壳元建模,较精确地建立了已试验的三个墙板内置支撑钢框架结构的有限元分析模型,经全面对比结构试验和有限元分析结果的差异,论证了数值分析的可行性。深入考察了墙板内置支撑钢框架结构的支撑形式、梁柱节点形式和节点连接区域加强方式等对结构滞回性能的影响。并在此基础上探讨了结构分析中的采用梁单元和杆单元的简化模拟方法。(3)在已试验结构的基础上,还另外设计了墙板内置人字形支撑刚接(或铰接)框架结构算例。重点分析了1/50层间侧移角范围内考虑结构侧移后构件的实际内力分布和取值与现行设计方法的差异,并据此给出了切实的结构分析简图和设计建议。基于相关试验中一根支撑破坏的情况,经参数分析全面考察了变化支撑和框架截面、结构层数和跨数、支撑布置形式等因素后考虑某层人字形支撑中一根支撑局部破坏情况下的结构抗震性能,并提出了相关设计建议。(4)探讨了节点连接区域的加强构造措施、支撑的偏心距离、梁柱刚性连接时梁柱节点域的传力机制和剪切变形等因素对结构受力性能的影响。重点对墙板内置单斜形(或人字形)支撑刚接框架结构的梁柱节点以及支撑与钢梁(或钢柱)的连接区域进行了受力分析,并结合现有纯钢框架节点区域加强板的做法,提出了墙板内置支撑钢框架结构节点区域加强构造及相应的设计方法。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391;TU352.11
【图文】：

墙板,约束构件,受压失稳,侧向约束

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章绪论课题背景及意义常规的纯钢支撑受压失稳后，往复作用下滞回性能出现退化。为改善支撑的滞能，可采用防屈曲支撑（Buckling-restrained brace，简记为 BRB），其通常由钢支撑、外围约束构件和二者间的无粘结层（或间隙）组成。设计中，用内撑承担全部轴力，约束构件为内置支撑提供侧向约束，防止支撑受压失稳。屈曲支撑具有良好的延性和耗能能力，工程应用日益增多[1-4]。依据约束构件方式的不同，防屈曲支撑可分为杆式防屈曲支撑和墙板内置无粘结钢板支撑称为墙板内置支撑），如图 1-1 所示。墙板内置支撑是以外部墙板作为外围约件为钢板支撑提供侧向约束的一种防屈曲支撑[5-7]，墙板可兼做隔墙。内置钢撑可采用单斜形或人字形等布置方式，因其具有较好的滞回特性，可用于改心支撑钢框架结构的抗震性能[8,9]。杆状防

荷载-位移滞回曲线,试验模型

（a）试验模型（b）荷载-位移滞回曲线图 1-4 Wakabayashi 试验模型及结果[22]研究表明钢筋混凝土墙板内置无粘结支撑钢框架（DCBF）是偏心支撑（EBF）和中心支撑（CBF）结构的 1.79 倍和 4.14 93，虽然比偏心支撑结构低 12%，但最大加载位移却超过其 33个结构（MRF（纯框架）、EBF、CBF），内置钢板支撑结构具有、较高的承载力、较好的耗能能力和延性（图 1-5）。但试验过结构加载到 1/149 侧移角时一层一根支撑局部面外屈曲，导致混切破坏，结构承载力降低；加载到 1/108 侧移角时，一层至三层轴向开裂；加载到 1/100 侧移角时，四层支撑无约束段发生弯曲墙板的抗冲切承载力不足等问题导致支撑较早破坏，劣化了防构的抗震性能。

【参考文献】