一字形全钢装配式防屈曲支撑有限元分析

防屈曲支撑作为结构中的一种耗能构件,改善了普通支撑受压屈曲的性能,可代替普通支撑。通过ABAQUS有限元软件对一字形全钢装配式防屈曲支撑进行有限元分析,通过改变防屈曲支撑内芯单元与外围约束之间间隙的大小,研究了防屈曲支撑在单周荷载作用下滞回性能。结果表明:一字形全钢装配式防屈曲支撑具有很好的耗能能力;为了提高其耗能能力,内芯单元与外围约束之间合理的间隙尺寸应取0. 5～2 mm。     

双屈服点一字形全钢防屈曲支撑数值模拟分析

对一种双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的耗能性能进行了研究。双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的内核单元采用两块低屈服点钢LY100与一块高屈服点钢SN490重叠制成,采用双腹板工字钢作为约束单元,薄橡胶作为无黏结材料。通过有限元软件ABAQUS对该双屈服点一字形全钢防屈曲支撑进行数值模拟,研究其耗能性能。研究结果表明:该双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的滞回曲线形状饱满、稳定,具有明显的分阶段耗能特征,能够适应不同等级的水平地震作用,实现多性能水准目标,具有广阔的应用前景。     

一字形全钢防屈曲支撑耗能性能试验研究

对一种新型防屈曲支撑进行性能试验研究。该种防屈曲支撑（以下称一字形全钢防屈曲支撑）的内核为一字形钢板,外约束单元为双腹板工字形钢,中间用薄橡胶作为无黏结材料。通过对8个一字形全钢防屈曲支撑试件进行轴向循环往复加载试验,研究了防屈曲支撑的耗能性能以及不同芯材特性、支撑长度对其耗能性能的影响。结果表明：一字形全钢防屈曲支撑的构造合理,所有试件的滞回曲线稳定饱满;芯材特性和支撑长度对于该种防屈曲支撑的耗能性能均有较大影响;以SLY225为芯材的防屈曲支撑,其耗能性能、低周疲劳性能与塑性变形能力均明显优于以SN490B为芯材的防屈曲支撑;SLY225能提供45%以上的附加有效阻尼比;增加支撑长度,防屈曲支撑的塑性变形能力与低周疲劳性能均有所下降。     

屈曲约束支撑滞回性能的影响因素

为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响,设计了螺栓连接和铰接2种连接方式,"十"字形、"T"形及"一"字形3种芯材截面形式,端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式,沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验,分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明:7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强;承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大,割线刚度随加载位移的增大而降低,恢复力模型具有典型的双线性特征;连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响,芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明,两角钢具有协同的工作性能;提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。     

GFRP-钢屈曲约束支撑力学性能与端部构造影响实验研究

传统的屈曲约束支撑常常采用纯钢、或钢套管内填砂浆材料作为外约束部件,导致支撑自重过大,增加了水平地震作用,不利于结构抗震安全.本文提出一种新型的GFRP-钢屈曲约束支撑,利用GFRP材料轻质高强特点,有效地减轻了构件自重,使其易于运输和安装.本文设计了3个足尺GFRP-钢屈曲约束支撑试件,进行了低周往复试验研究.试验重点比较了不同端部构造方式对支撑受力变形性能的影响,根据试验结果对GFRP-钢屈曲约束支撑提出了设计建议.     

耗能支撑危险截面的有限元分析

应用ANSYS分析软件对T型截面防屈曲支撑进行单调荷载作用下三维有限元模拟,在模型中钢芯和混凝土之间采用接触单元,混凝土与钢套筒之间完全粘结。通过有限元模拟分析可知:当T型截面防屈曲支撑一端施加的面荷载增加到一定值时,构件应力最大值位于防屈曲支撑钢芯反面截面削弱处,此处是该构件的薄弱位置;构件应力最小值位于防屈曲支撑钢芯连接段反面处,此处是构件最安全位置。模拟分析与试验结果表明:T型截面防屈曲支撑最危险截面出现在加载端过渡段与工作段的连接处,该处可作为设计防屈曲支撑的控制截面。     

GFRP-钢屈曲约束支撑力学性能与端部构造影响试验研究

传统的屈曲约束支撑常常采用纯钢、或钢套管内填砂浆材料作为外约束部件,导致支撑自重过大,增加了水平地震作用,不利于结构抗震安全。本文提出一种新型的GFRP-钢屈曲约束支撑,利用GFRP材料轻质高强特点,有效地减轻了构件自重,使其易于运输和安装。本文设计了3个足尺GFRP-钢屈曲约束支撑试件,进行了低周往复试验研究。试验重点比较了不同端部构造方式对支撑受力变形性能的影响,根据试验结果对GFRP-钢屈曲约束支撑提出了设计建议。     

全钢装配式屈曲约束支撑有限元分析及试验对比

基于Q195全钢装配式屈曲约束支撑抗震性能试验的研究成果,采用ABAQUS有限元软件对试验构件进行数值分析,对屈曲约束支撑芯材采用金属双线性随动硬化模型,得到的有限元分析结果与试验结果接近。最后通过改变屈曲约束支撑的间厚比、宽厚比、材性和长细比,研究其对全钢装配式屈曲约束支撑耗能性能的影响,分析结果表明:随着芯材间厚比的增加,试件荷载-位移曲线振荡加剧;随着芯材宽厚比的增大,试件进入塑性后的荷载-位移曲线越平缓;以Q195钢为芯材的屈曲约束支撑滞回性能比Q235B钢好;随着芯材弱轴方向长细比的增大,试件的刚度在弹性段和塑性段均减小。     

螺旋箍筋约束防屈曲支撑设计方法及滞回性能研究

基于钢套筒约束防屈曲支撑的设计理论,给出了适用于螺旋箍筋约束防屈曲支撑的设计方法。设计制作了两种钢芯截面的螺旋箍筋约束防屈曲支撑构件,通过低周往复试验验证设计方法的合理性,研究此类支撑的滞回性能。试验结果表明:按照所建议的设计方法制作的螺旋箍筋约束防屈曲支撑构件具有稳定的滞回耗能性能,可以用于实际工程。     

双矩管带肋约束型装配式防屈曲支撑的设计方法

提出了一种新型防屈曲耗能支撑,即双矩管带肋约束型H型截面装配式防屈曲耗能支撑,利用有限元纤维模型进行了大量算例分析,揭示了其受力规律和工作机理,并建立了一套完整的基于构件层面的设计方法,包括外围构件的刚度和承载力要求、加劲肋间距控制条件以及长螺杆连接件截面设计等;研究了外围约束刚度的变化对防屈曲构件性能的影响。分析结果表明:该新型防屈曲耗能支撑的设计方法可为工程应用提供参考和指导。     

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验研究

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱由椭圆形GFRP外管、钢内管以及两管之间的填充混凝土组成。进行了大尺寸椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验,所有试件的内部钢管采用了椭圆形截面,试件的高度为600 mm,长轴为300 mm,短轴分别为150、200、250 mm和300 mm。研究了椭圆形截面的长轴与短轴之比、GFRP厚度及试件空心面积率对其轴压性能的影响。研究结果表明:椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱中的混凝土在GFRP管和钢管的共同约束下,其承载力和延性较素混凝土大幅提升;随着椭圆长轴与短轴之比的增大,内部约束混凝土的峰值应力有随之增大的趋势;较大的空心面积率并不会减小GFRP和钢管对于混凝土的约束作用;GFRP厚度的增加将会提高椭圆形组合空心柱试件的极限应力和极限应变。     

混凝土约束型防屈曲支撑有限元分析

普通支撑在荷载作用下易发生受压屈曲造成支撑刚度和承载力急剧下降,结构延性差。防屈曲支撑通过在支撑外围设置屈曲约束构件,有效约束支撑受压屈曲,保证支撑在整体失稳破坏前核心受力构件达到全截面屈服,使支撑在使用中屈曲耗能而不屈服,因此可用防屈曲支撑代替普通支撑。防屈曲支撑耗能的关键是核心受力构件与外围约束构件之间的间隙。间隙太小,可能导致核心受力构件过早局部屈服;间距太大,则外围约束构件发挥不了套箍作用,因此间隙的取值是防屈曲支撑设计的关键。本文提出一种混凝土约束型防屈曲支撑,并通过有限元计算分析核心受力构件与外围约束构件之间的间隙对其受力性能的影响。结果表明:本文设计的混凝土约束型防屈曲支撑能较好地发挥核心受力构件的承载能力,外围约束构件与核心受力构件间隙为1～3mm时,有良好的耗能能力。     

新型双阶屈曲约束支撑性能有限元分析研究

针对目前常见的屈曲约束支撑多为单阶屈服,且屈服点单一的问题,提出了一种新型双阶屈曲约束支撑,其核心单元由1块低屈服点芯板和2块高屈服点芯板并联而成,具有屈服点低、在不同地震荷载作用下屈曲约束支撑都能屈服耗能等优点。采用abaqus通用有限元分析软件进行模拟仿真分析设计了新型双阶屈曲约束支撑,采用abaqus接触中的生死单元模拟核心单元多阶失效的工况,分析了其耗能性能、骨架曲线、刚度等重要力学参数,并将分析结果与普通单阶屈曲约束支撑进行对比。结果表明：有限元模拟滞回曲线与试验数据贴合较好,有限元模型设计和参数设定是合理的,该屈曲约束支撑的屈服位移较小,在小位移荷载作用下具有更优越的耗能性能,能在小震荷载作用时为结构耗散更多的地震能量,同时具有更大的屈服后刚度,能为支撑提供更大的反力。     

芯材构造形式对屈曲约束支撑力学性能影响研究

为研究芯材构造形式对屈曲约束支撑力学性能的影响,采用国标Q235钢材设计并制作了两种截面形式、两种组合方式,外围约束机制为矩形钢管混凝土的4根端部加强型屈曲约束支撑试件及2根切削型屈曲约束支撑试件,通过拟静力加载试验,对试件的滞回性能、破坏特征、刚度变化规律、等效粘滞阻尼比、延性系数及恢复力模型等进行了分析。试验表明,内核芯材核心段焊接与否对支撑综合性能及其破坏形态不产生明显影响,焊缝质量及焊接所产生残余应力的大小是影响端部加强型支撑性能稳定与否的关键因素;端部加强型与切削型屈曲约束支撑的力学性能具有相同的变化规律,其恢复力模型均可用双曲线进行描述。结果表明,端部加强型屈曲约束支撑的构造设计是科学与合理的。     

圆钢管约束型防屈曲支撑抗震性能试验

制作了3种圆钢管约束防屈曲支撑构件,分别为圆钢管外约束加十字截面芯材构件、圆钢管外约束加圆钢管芯材构件以及外侧圆钢管加内部圆钢管约束构件。对3种构件进行了拟静力试验,研究了圆钢管约束防屈曲支撑构件的抗震性能和参数影响规律,对比了不同类型的防屈曲支撑的抗震效果。研究结果表明:外约束防屈曲支撑构件都具有良好的滞回性能,内约束防屈曲支撑构件因容易发生整体失稳,滞回性能较差;相同截面类型的构件,承载力和初始割线刚度随核心单元截面面积的增大而增强;不同芯材尺寸和隔层厚度构件的等效粘滞阻尼系数基本趋于一致;外约束防屈曲支撑构件的等效粘滞阻尼系数均大于0.50,圆钢管芯材构件的等效粘滞阻尼系数略小于十字截面芯材构件。     

屈曲约束支撑结构性能的数值模型

介绍一种耗能屈曲约束支撑循环结构性能的数值模型,该支撑常用来替代传统的轴向支撑作为框架结构和其他结构中的抗震构件。这些支撑通常由1根细长的插入短粗套管中的钢芯组成,套管是预先设置的,以防止其受压时屈曲。套管由砂浆或钢构成,在钢芯和套管间设置滑移面以阻止剪应力过度传递。钢芯的性能、砂浆套管的性能和界面的滑移性能分别通过塑性破坏模型、各向同性的破坏模型和罚函数模型来描述。按照给出的公式通过ABAQUS软件完成了这3个模型的建模。在许多典型但简单的工况下,该算法被证实可以模拟屈曲约束支撑的循环性能。模型模拟结果与试验结果吻合较好,证实了其正确性。对初步得到的结论进行讨论并指出进一步研究的方向。     

四角钢组合约束型防屈曲支撑的轴压试验研究

四角钢组合约束型防屈曲支撑具有轻量化及装配化等特点,其组成特点是采用高强度螺栓把4个外围约束角钢连接成整体,形成对内核构件的整体约束作用。该类防屈曲支撑受轴压荷载作用时,4个外围约束角钢之间以及内核与外围约束构件之间存在复杂的相互作用,外围约束构件受力状态复杂。文中进行了5根四角钢组合约束型防屈曲支撑在轴压循环荷载作用下的试验研究,考察其受力性能与破坏机理、轴压承载力与骨架曲线以及约束比参数对它们的影响。对试验试件建立精细化有限元模型（螺栓单元与接触单元）,模拟分析其加载过程的应力与变形发展历程。通过对比各试件的试验实测结果、理论计算结果与精细有限元模拟分析结果,表明有限元分析结果可偏于安全地预测试件的实际受力状态|如果计入内核端部附加偏心距的影响,理论设计公式可用于这类防屈曲构件的承载力设计,具有较高的可靠性。     

H型钢芯自复位防屈曲支撑抗震性能研究

提出一种新型H型钢预应力自复位防屈曲支撑(SCBRB),该支撑耗能内芯采用H型钢,外部约束构件由钢板和型钢组合成H形截面,采用预应力索构成自复位系统,整体通过高强螺栓拼接而成。对其构造、工作原理以及复位原理进行详细介绍。为了研究SCBRB的抗震性能,通过有限元软件ABAQUS,对结构模型进行三维实体有限元模拟,对纯防屈曲支撑、纯复位支撑及自复位防屈曲支撑进行拟静力分析,结果表明:新型H型钢预应力支撑结合了前两种支撑装置的优点,既能耗能,又能复位,可减小或消除残余变形,且效果良好。     

带屈曲约束支撑的V型偏心支撑钢框架抗震性能分析

偏心支撑钢框架主要通过耗能梁段发生剪切屈服变形来耗散地震能量,其支撑斜杆必须不发生屈曲才能保证耗能梁段能够耗能。对于跨度较大的结构,支撑斜杆为了满足稳定性与轴压比限值的要求,截面需要很大,结构经济性不好,同时也导致地震作用下内力增大。将偏心支撑钢框架的支撑斜杆换成屈曲约束支撑,进行有限元分析,结果表明:罕遇地震作用下,带屈曲约束支撑的V型偏心支撑钢框架侧向位移比普通支撑钢框架最大减小22.15%,有效地控制了结构的侧移;能量时程图表明:屈曲约束支撑消耗了大部分地震能量,屈曲约束支撑和耗能梁段能够同时参与耗能,建立起结构抗震的多重防线。     

内嵌双阶段装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构抗震性能评估

为研究新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑对装配式钢框架-支撑结构抗震性能的影响，首先采用有限元软件Perform-3D建立了普通支撑、防屈曲支撑和新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑的有限元模型，并验证了建模方式的准确性；之后在此基础上建立内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构有限元模型，并采用弹塑性时程分析方法对普通钢框架结构、钢框架-普通支撑结构、钢框架-防屈曲支撑结构、内嵌新型双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构的抗震性能展开研究。分析结果表明：Perform-3D能准确模拟普通钢支撑、普通防屈曲支撑及新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑；内嵌新型双屈服点防屈曲支撑的钢框架-支撑结构在最大层间位移角和结构顶层位移、基底剪力上均优于其他结构，新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑在地震作用下起到了重要的作用，它主要通过新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑来耗能，这说明内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构具有良好的抗震性能。