设置钢棒耗能器的支撑框架结构性能分析

发布时间：2020-05-24 23:01

【摘要】：沙漏形钢棒耗能器是一种新型屈服型耗能元件,具有强度高、延性好、耗能能力强且不锈蚀等优点。在支撑框架结构的支撑端部设置钢棒耗能器,可以实现耗能器轴心受力,通过钢棒屈服耗能保护主要结构构件,震后只需更换钢棒便可使结构恢复使用功能,具有良好的社会经济效益。本文采用数值模拟的方法,较系统地对设置钢棒耗能器的支撑框架结构的抗震性能进行了分析,主要内容如下:利用有限元软件ABAQUS对相关文献中钢棒耗能器的往复加载试验进行了数值模拟,通过与试验结果的对比验证了有限元建模方法的可靠性。建立了单层单跨耗能支撑框架的精细化有限元模型,进行单调推覆分析和往复加载分析,并与普通支撑框架的工作性能进行了对比。分析结果表明,耗能支撑框架具有明显的屈服时序,首先是钢棒屈服,然后是框架梁端和支撑屈服,最后是框架柱脚屈服。而普通支撑框架的受压支撑则发生了很大的塑性变形,导致承载力突然下降。对12个单层单跨耗能支撑框架进行了参数分析,以钢棒的尺寸及个数、支撑的截面尺寸为变化参数,研究了钢棒耗能器的刚度、屈服承载力及组合形式对结构破坏模式和主要抗震性能指标的影响。研究结果表明,钢棒耗能器的刚度和屈服承载力设计指标具有相对独立性,保持屈服承载力不变,增大耗能器刚度能同时提高支撑框架结构的刚度和承载力;保持耗能器刚度不变,增大耗能器屈服承载力能提高支撑框架结构的承载力而不影响其刚度。在往复荷载作用下,耗能支撑框架结构的滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。设计了12层的普通支撑框架和耗能支撑框架,进行反应谱分析、动力时程分析和静力弹塑性分析,考察并比较两者的抗震性能和构件塑性发展规律。结果表明,设置钢棒耗能器能有效减小地震作用。中震作用下,钢棒耗能器屈服并保护了支撑和框架。大震作用下,设置钢棒耗能器显著提高了结构的塑性耗能能力,塑性损伤集中于可更换的钢棒耗能器。
【图文】：

地震图,震后,情形

（a）2010 年海地大地震（b）2011 年克赖斯特彻奇地震图 1-1 震后情形Fig.1-1 Post earthquake situation一种有效的抗震设计方法是将结构的损伤集中在指定构件上，并保护主体结构构件（如梁、柱和支撑）在承载力设计规则之下不会屈服。钢结构的屈服机制提高了结构的耗能能力（ED），表现出稳定的、可预测的滞回特征，有长期的可靠性和对环境温度的不灵敏性。当设计成可使用的，易于更换的构件时，可以显著降低维修成本和发生一次强烈地震后的停工期，而这种构件也称为“可更换损伤元”。在地震中，破坏和结构损伤将集中在可更换构件上，，它们通过塑性变形耗散掉地震作用输入结构的能量并保护着主体结构，设置了“可更换损伤元”的结构塑性发展阶段概念图[8]见图 1-2。震后，只需要更换“损伤元”，结构便可重新投入使用。

概念图,发展阶段,塑性,可更换

地大地震（b）2011 年克图 1-1 震后情形Fig.1-1 Post earthquake situation计方法是将结构的损伤集中在指定构件上承载力设计规则之下不会屈服。钢结构的出稳定的、可预测的滞回特征，有长期的使用的，易于更换的构件时，可以显著降，而这种构件也称为“可更换损伤元”。在上，它们通过塑性变形耗散掉地震作用输可更换损伤元”的结构塑性发展阶段概念图结构便可重新投入使用。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU391

【参考文献】