柱脚可耗能连柱钢支撑结构滞回性能试验研究及有限元分析

发布时间：2020-09-21 09:15

　　连柱钢支撑结构在地震作用下由耗能连梁首先进入塑性耗散能量,防止主体结构进入塑性。在震后只需替换损伤的耗能连梁,就能使结构快速恢复使用功能,连柱钢支撑结构具有理想的破坏模式。为了使耗能连梁进入塑性的程度进一步增加,本文提出在柱脚处连柱之间设置耗能连梁连接形成柱脚可耗能的连柱钢支撑结构。柱脚底板与基础接触,构造简单。不限制柱脚的竖向变形,以增加水平荷载作用下耗能连梁的剪切变形,提高结构的耗能性能。本文通过试验研究与ABAQUS有限元软件模拟相结合的方法研究了柱脚耗能的连柱钢支撑结构的抗震性能,主要的研究工作内容如下:(1)设计了柱脚耗能的连柱钢支撑结构缩尺试验试件,耗能连梁替换一次。其中采用开孔耗能连梁的为LCB-1试件,采用带加劲肋耗能连梁的为LCB-2试件。对两个试件进行了循环加载试验。从滞回性能、骨架曲线、刚度退化、强度退化、耗能能力、连梁相对变形、各构件应变值等不同角度对低周往复加载后的柱脚耗能连柱钢支撑结构试件进行了分析。试验结果表明:两个试件均为耗能连梁首先进入屈服,最后耗能连梁和柱脚先后破坏,整体结构耗能能力强,承载力高,抗侧刚度大。(2)采用ABAQUS有限元软件建立了试验模型,并对结果进行了对比,验证有限元建模的可信性,应用有限元软件分析了耗能连梁长度和支撑跨跨度等设计参数对结构滞回性能的影响。有限元分析结果表明:采用带加劲肋耗能连梁时,随着耗能连梁长度增加,结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力有先增加后减少的趋势,建议耗能连梁长度在(1.0~1.5)M_p/V_p范围内。随着支撑跨跨度增加,结构刚度增加,结构的承载力以及耗能能力显著提高。采用长圆孔腹板耗能连梁时,随着耗能连梁长度增加,结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力增加,随着支撑跨跨度增加,结构刚度、承载力以及耗能能力提高。连柱钢支撑结构采用长圆孔耗能连梁时,开孔耗能连梁孔间柱长宽比增大,整体结构的极限荷载、刚度及累积耗能都减小,建议开孔耗能连梁孔间柱长宽比可取为1.1~2.1。
【学位单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU391
【部分图文】：

试验装置图,耗能连梁,试验装置

图 1.7 耗能连梁试验装置东等人[17]对多个可更换连梁中的消能梁进行了拟静力循环加载试验制度，耗能连梁尺寸，耗能连梁腹板钢材等级和腹板加劲肋设置等能产生的影响。试验研究结果表明：剪切屈服型耗能连梁试件主要破坏：连梁腹板和其加劲肋之间发生焊缝破坏、连梁端板与翼缘之破坏；试验得到的试件超强系数平均值大于一般超强系数建议1-10 加载制度进行试验加载得到的极限塑性转角值约为加载制度所腹板采用低屈服钢的耗能连梁极限塑性转角比采用高屈服钢时略大会导致耗能连梁的腹板过早屈曲，可以采用单面加劲肋布置，也可布置。忠、任亚歌等[18]用 ABAQUS 有限元分析软件分析了 8 个参数不同了耗能连梁腹板加劲肋布置距离和耗能连梁尺寸对其性能的影响。替换耗能连梁加劲肋布置的距离改变时，其承载力大小基本没什么连梁长度改变时，其性能会发生较大改变，耗能连梁长度增加会导单向荷载作用下的可替换耗能连梁具有较大的转角延性系数和位

螺栓连接,端板,耗能梁段

图 1.8 端板螺栓连接图 1.9 双槽钢腹板螺栓连接纪晓东、王彦栋等[24]通过拟静力试验研究了由中部耗能梁段和端部非耗能梁段接组成的连梁的性能水平，试验中四个试件的耗能梁段与非耗能梁段采用了不同的接方式，分别是图 1.10 中的采用采用端板处抗剪键连接、图 1.11 中的拼接板和高螺栓连接、图 1.12 中采用的腹板处高强螺栓连接、图 1.13 中的腹板处结构胶连接试验研究结果表明：耗能梁段与非耗能梁段之间采用第一种连接方式时，设计简单便，更换时间短，主要由耗能连梁段进入塑性耗能，耗能稳定；耗能梁段与非耗能段之间采用第二种或第三种连接方式时，耗能连梁段发生剪切屈服耗能，但连接处有螺栓滑移现象，连梁的极限塑性转角与第一种连接方式的极限塑性转角接近，但换所用时间更长，腹板-螺栓连接的耗能连梁刚度小于其他连接方式下的耗能连梁度；耗能梁段与非耗能梁段之间采用第四种连接方式时，连接处结构胶在转角较小就产生开裂，易发生脆性破坏。

钢腹板,双槽,螺栓连接,耗能梁段

【参考文献】