新型自复位防屈曲支撑的抗震性能研究

发布时间：2020-06-29 12:46

【摘要】：抗震一向是高层结构的研究主题之一,在结构中加钢支撑是高层结构抗震的一种主要形式。防屈曲支撑凭借外套管对耗能内芯的约束作用,保证内芯材料在拉、压外力作用下均能屈服,提高防屈曲支撑的滞回性能。然而,由于支撑构件消能减震的原理来自于钢材料的物理性能,致使地震作用后的支撑构件留有较大的残余变形,这对支撑构件来说是一种很大的伤害。因此本文提出一种新型的具有自复位功能的防屈支撑构件来优化传统支撑构件的抗震性能。该支撑的耗能系统由十字耗能内芯组成,外部连接有方钢管作为约束套筒,十字内芯连接段固定弹簧端板与外方钢管的一端通过高强弹簧连接,成为支撑的复位系统。本文主要对该支撑进行了抗震性能分析,主要内容如下:根据理论分析,考虑支撑的弹簧刚度稳定分析以及内芯的稳定分析,参考已有研究试验等,计算得出该新型自复位防屈曲支撑的具体的支撑尺寸,并通过有限元分析软件ABAQUS建立模型进行数值模拟分析,得到该支撑的滞回曲线并对该支撑的外部因素进行比对分析,具体考虑了该支撑的约束因素、空隙因素、摩擦因素以及弹簧刚度因素对支撑性能的影响。最后建立框架模型,利用结构分析软件SAP2000对分别布置了自复位防屈曲支撑、普通防屈曲支撑、无支撑的三个相同框架结构模型进行Pushover静力非线性对比分析,通过对比分析三个不同框架形式下的的剪力-位移图来说明自复位防屈曲支撑拥有更加优秀的抗震性能和恢复能力。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.11
【图文】：

框架结构,记忆金属,自复位,摩擦耗能支撑

吴昊[25]同样对防屈曲支撑在不同约束比下的抗震性能做出了对比分析，并利用有限元分析软件 ABAQUS 对不同约束比下的防屈曲支撑进行模拟分析。结果表明约束单元对支撑的性能影响呈现反比现象，即当约束比增大，外套管对支撑的抗震性能影响反而降低。普通防屈曲支撑的研究已然有了相当大的成果，但自复位防屈曲支撑构件的研究才刚刚兴起，各国学者也热衷于制造各种款式的自复位防屈曲支撑，并根据设计和数据依据进行比较和分析。虽然目前为止，在国际上相关的自复位防屈曲支撑应用实例十分少见，但至今为止，在理论学术上，已然有了不小的成绩。Zhu 等[26-27]根据钢绞线的性能研究，提出了一种新型的自复位防屈曲支撑构件，该构件由记忆金属丝作为复位材料提供支撑复位力。支撑构造如图 1-2 所示。该支撑拥有两个内芯，通过两内芯接触面之间的摩擦进行主要的耗能作用，同时两个内芯相连的记忆金属钢绞线则作为复位系统提供恢复力，整个支撑外部套有约束套筒防止屈曲。试验研究了该新型支撑在低周往复荷载作用下的滞回性能，并通过与加载了其他支撑的相同框架结构在地震作用下的分析对比，验证了此新型支撑相较于普通防屈曲支撑而言能够有效的降低残余变形。

滞回曲线,记忆金属,自复位

图 1-3 记忆金属型自复位防屈曲支撑Fig.1-3 Memory metal self reset flexion prevention support与 Miller 不同的是，Christopoulos[31-32]认为记忆金属的不可控性会严重影响到支撑的抗震性能和滞回能力，因此提出了一款通过预应力筋作为复位元件的自复位防屈曲支撑，即在普通防屈曲支撑内部两端加设预应力筋作为二次耗能和复位系统。该支撑构造如图 1-4 所示，由内外套管组成，内外套管之间设有摩擦装置作为主要的耗能构件，并在内方钢管的下端板和外方钢管的上端板之间加设预应力筋作为支撑的复位系统。该试验通过数值模拟分析得到了新型支撑的滞回曲线，与其理论假设的旗形滞回曲线相吻合。另外试验通过分析对比相同框架、不同构件下的残余变形量和层间位移比，验证了加设了预应力筋的防屈曲支撑残余变形量要明显小于未加设的支撑。

【参考文献】