FRP包裹圆钢管混凝土屈曲约束支撑稳定性能研究

发布时间：2020-06-13 04:32

【摘要】：屈曲约束支撑是一种双功能构件,既可以作为支撑构件为结构提供抗侧刚度,又是很好的耗能阻尼器。通过约束构件的外包约束提供抗弯刚度,而内芯则利用其塑性变形耗能。本文采用FRP包裹屈曲约束支撑主要是因为该试件在震后易恢复,直接割开纤维布即可替换内芯;纤维复合材料耐腐蚀性好,可应用于特殊的场景;此外,玄武岩和玻璃纤维布价格低廉,故本文主要研究FRP包裹圆钢管混凝土屈曲约束支撑稳定性能。本文设计并开展了3组共6个屈曲约束支撑试验,通过合理设计试验加载制度及测量方案,得到屈曲约束支撑滞回曲线和应变数据;还进行了碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维,三种纤维复合材料的基本力学性能试验,包括纵向拉伸、横向拉伸、纵向压缩、横向压缩以及纵横剪切试验。同时本文还完成对FRP包裹屈曲约束支撑试验结果的分析:6个试件的耗能性能较好,累计塑性延性均达到400以上;内芯多波屈曲产生的侧向力使纤维布受拉并进一步使内芯与约束构件之间的间隙增大,促使多波屈曲的发展,使位移增大时承载力急剧下降,表现为滞回曲线上的“跳动”,内芯多波屈曲越显著,其受拉刚度退化更明显,从滞回曲线可看出内芯多波屈曲状态。从有限元参数分析可知约束构件与内芯之间的间隙会显著影响屈曲约束支撑性能,间隙值的增大会导致滞回曲线表现越来越不饱满,且曲线跳动更加明显;过小的间隙值则易导致泊松现象的产生,因此实际构件设计加工时重点控制间隙值。随着摩擦系数的增大,其拉压承载力差值越来越大,且当摩擦系数较大时,内芯加载端端部应力较大,试验时此处也是极易破坏的地方。有限元分析得到的内芯屈曲波长与试验得到的屈曲波长较为一致,其侧向力与理论分析吻合较好。从FRP基本力学性能试验结果上可以看出,FRP为典型的各向异性材料,因此在进行有限元模拟时,FRP采用二维Hashin渐进失效准则。由实验数据可知玄武岩纤维的强度和弹模均较低,试验时也只有外包玄武岩纤维布断裂。采用等效均布荷载计算模型得到的FRP复合材料厚度与有限元模拟结果比较接近,实际应用效果较好;FRP的破坏集中在加载端端部,实际应用时可在支撑两端部增加FRP厚度,中间部分可适量减少纤维布厚度。通过分析内芯与约束构件平衡关系,考虑内芯加强段和约束构件刚度影响,得到内芯最大侧向力和约束构件最大弯矩;通过模拟分析,校核内芯最大侧向力,基于规范验算约束构件抗弯承载力,均满足要求。屈曲约束支撑局部稳定是一个动态变化的过程,当内芯从低阶模态向高阶模态转变时,弯矩为0的中间水平段满足kl_i=2π,此临界状态是局部稳定问题重要边界条件。本文通过对屈曲约束支撑整体稳定、局部稳定以及FRP厚度验算的研究,并结合试验结果与理论模型,提出FRP包裹屈曲约束支撑设计建议。研究表明采用更厚实的FRP包裹,增强FRP的约束效果,减少内芯与约束构件之间的间隙和摩擦会极大地提高FRP包裹屈曲约束支撑整体性能,有助于进一步改善屈曲约束支撑的耗能性能。
【图文】：

-2试件内核单元构造

-5截面形式
【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】：TU398.9

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本文编号：2710650