开孔双核心钢板装配式屈曲约束支撑抗震性能及设计方法研究

发布时间：2020-07-06 09:14

【摘要】：为解决一字型钢板装配式屈曲约束支撑(SBRB)承载力不高、稳定性较差和端部连接复杂的问题,提出一种新型屈曲约束支撑——开孔双核心钢板装配式屈曲约束支撑(PDBRB)。通过理论分析和有限元模拟,对PDBRB构造合理性、开孔形式的选择、重要设计参数、双核心板的工作机理等方面展开分析研究,提出了适合PDBRB的设计方法,并给出设计实例。主要工作内容与结论如下:(1)设计了四组试件,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究PDBRB与SBRB和一字型双核心钢板装配式屈曲约束支撑(DBRB)性能的差异,考察PDBRB构造的合理性及可行性,结果表明:PDBRB两块核心板能够协同工作,与等刚度的SBRB和DBRB试件相比,受力更加稳定可靠;PDBRB滞回曲线饱满,耗能性能良好,与等屈服力或等刚度等屈服力的SBRB和DBRB试件相比,其屈服后刚度比较小;PDBRB核心单元外伸段的抗弯承载力较大,端部不易失稳。(2)通过理论分析和有限元模拟,研究了核心单元不同开孔形式对PDBRB性能的影响,结果表明:开孔形状曲线的曲率越大,越容易引起开孔段的面内失稳、应力集中和累积塑性变形的激增,开孔形式为中间直线、两端圆弧的PDBRB滞回曲线稳定,疲劳性能良好,同时可以有效地避免开孔段的应力集中。(3)通过理论分析和有限元模拟,分析了双核心钢板协同工作机理,研究了核心单元不同初始缺陷形态对PDBRB力学性能的影响,得出以下结论:PDBRB核心单元多波屈曲波形反对称时对外约束单元的作用最不利,因此在进行PDBRB局部稳定性验算时应按此最不利情况考虑,可以用PBRB验算局部稳定性的方法验算PDBRB的稳定性,其中计算波长时按照P/2轴向力作用下单块核心板发生多波屈曲的波长进行计算;PDBRB核心单元初始缺陷形态对其滞回性能,多波变形的波长、波数,以及屈曲波发生的位置影响不大,只影响PDBRB核心单元发生多波屈曲的变形方向,不影响两块核心板的协同工作性能;不同的初始缺陷形态会影响试件的疲劳性能及外约束单元的应力大小,但影响程度不大;反对称(或者说两块板初始缺陷变形方向相同)的初始缺陷形态更能使两块核心板的协同工作。(4)设计了18个BRB试件,通过对其进行有限元分析,研究核心单元厚度、核心单元屈服段总长度及核心板个数对PDBRB力学性能的影响,结果表明:核心单元厚度是影响PDBRB多波变形波长及拉压不均匀系数的重要因素,随着核心单元厚度的增加,相同应变幅值下多波变形的波长越长,拉压不均匀系数越小,但核心单元厚度对支撑应力分布影响不大;核心单元开孔段个数对多波变形的波长影响不大,但对波数影响较大,开孔段个数越多,多波变形的波数越多,拉压不均匀系数越大,同时开孔段个数也影响到两孔之间连接段的应力大小,开孔数量越多,连接段的应力值越大,这对其轴力的传递是不利的;在相同压应变下,PBRB试件与核心单元总厚度相同的PDBRB试件相比,其发生多波变形的波长更长,但应力大小及分布规律相差不大,拉压不均匀系数偏小。(5)提出了PDBRB设计方法,包括力学性能参数、开孔参数及稳定性验算,并通过有限元分析验证了部分力学性能参数计算公式的合理性,同时给出设计算例。
【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;TU352.11
【图文】：

典型截面,形式,核心,单元

而约束支撑的侧向变形，抑制支撑在受压时发生屈曲失稳，称为屈曲约束支撑（Buckling Restrained Brace，简称 BRB）。曲支撑、挫屈束制支撑、挫屈防止支撑、无粘结支撑等。由于曲约束支撑不仅在受拉时可以实现屈服耗能，在受压作用下，它与传统钢支撑相比，具有良好的滞回性能和拉压对称性。使它既能在小震（多遇地震）下保持弹性状态，给结构提供一定轴向拉压进入塑性耗能，从而减小结构在中震（频域地震）或响应。屈曲约束支撑一般是由核心单元、外约束单元以及二成，其中核心单元是核心受力构件[1]。束支撑的核心单元通常采用截面形式为一字形、十字形、Ｔ形约束单元往往由方钢管或圆钢管制成，二者之间填充砂浆或混支撑的一些典型截面[2]。

约束型,墙板

广州大学硕士学位论文束型屈曲约束支撑七十年代，日本学者提出了墙板约束型屈曲约束支撑，并进行了有6]-[7]。墙板约束型屈曲约束支撑是指充分以钢板为核心受力构件，内制成的墙板之间，两片钢筋混凝土墙板为外约束单元以约束核心板墙板同框架梁柱分隔开，以保证核心钢板轴向变形有足够的空间。点板与框架梁柱相连，其布置形式有单斜式（图 1-2（a））、 Xb））或人字形等。该种支撑形式真正起到约束作用的只有核心钢的钢筋混凝土墙板。为了避免核心单元与外约束构件之间有力的传材料形成的无粘结层加设于二者之间。

约束型,截面形式,钢筋混凝土,滞回性能

钢筋混凝土约束型屈曲约束支撑截面形式

【参考文献】