组合热轧角钢防屈曲支撑构造及抗震试验

提出用热轧角制作钢防屈曲支撑,简称BRAB.设计制作了2种组合截面,即等肢双角钢错十字截面和不等肢双角钢T字截面,共4个防屈曲支撑试件.为检验其构造合理性及抗震性能,进行了低周反复荷载加载试验.对试件的力一位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效黏滞阻尼比等抗震性能进行了研究.结果表明,所研制的这种组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越.     

位移模式下的防屈曲支撑工作机理

结合两种截面、两种组合方式4个防屈曲支撑试件的低周反复变幅加载静力试验,分析了位移模式下包括荷载-位移滞回曲线、钢芯与外套管相对位移关系、外套管跨中侧向位移及零荷载位移变化规律等在内的力学性能,研究了防屈曲支撑的工作机理及构造要求.研究表明,试件构造合理,滞回曲线稳定、饱满、规律性好;加载过程中,荷载和位移的变化具有不同步性,体现了钢芯的塑性变形;零荷载位移的变化规律是防屈曲支撑力学参数非对称性的表现,体现着支撑内部构造的合理性;间隙大小、限位卡、钢芯与外套管相对刚度是支撑构造设计的关键环节.     

防屈曲支撑钢框架的抗震性能研究

本文采用ANSYS抗震性能软件,建立了防屈曲支撑钢框架有限元计算模型,通过建模计算验证了防屈曲支撑框架体系优越的结构性能.     

一字形芯钢管混凝土防屈曲支撑分析研究

利用有限元分析软件ANSYS对普通支撑和一字形钢管混凝土防屈曲支撑进行模态分析,通过对比两种支撑的模态云图和振型参数来研究加约束的一字型芯钢混防屈曲支撑的优劣势和临界荷载变化及其失稳的位置。分析一字形钢管混凝土防屈曲支撑的滞回耗能,防屈曲支撑的摩擦系数和填充混凝土的强度因素。得到以下结论:一字形芯更容易出现y轴方向的弯曲失稳,框架结构的刚度以及自振周期能够通过安装一字形钢混屈曲支撑而发生明显改变。     

防屈曲支撑性能指标及其工程应用研究

基于美国规范ＡＳＣＥ４１－１３中对防屈曲支撑（ＢＲＢ）性能指标的限值规定,采用大型非线性 有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ,模拟分析了防屈曲支撑在不同性能水准下的受力性能和损伤程度,验 证了美国规范性能指标限值的可行性,并结合实际工程实例,研究了防屈曲支撑性能指标对构件性 能评估的意义,及其在基于性能的结构抗震设计中的应用．结果表明：有限元计算结果能准确地模 拟防屈曲支撑的受力变形状态并验证其性能指标的正确性;该性能指标在基于构件性能的结构抗 震评估研究中具有重要意义．     

约束屈曲支撑的研究及应用

约束屈曲支撑(BRB)在拉力和压力的作用下都能屈服而不屈曲,因此能达到耗能的性能。介绍了约束屈曲支撑在国内的的研究及应用现状。     

用防屈曲支撑改进钢框架-支撑结构抗震性能的设计方法

为了提高钢框架-支撑结构的抗震性能,在对防屈曲支撑和钢框架-支撑结构研究的基础上,采用防屈曲支撑改进普通钢框架-支撑结构,实现在不增加用钢量的前提下,使钢框架-支撑结构的抗震性能达到中震下主体结构保持弹性的效果.提出了这种改进方法的步骤和关键问题,并结合算例,合理设计防屈曲支撑,采用手算和有限元分析软件对其进行抗震验算和动力非线性时程分析,证明了这种改进方法的可行性和有效性.     

采用碳纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑试验

为方便装配式防屈曲支撑拆解修复和提高抗腐蚀能力,提出了采用碳纤维包裹约束的新型装配式防屈曲支撑.一方面,通过剖开纤维材料分离外包约束构件来替换受损内核单元可实现构件震后的快速修复,另一方面,碳纤维布作为外包材料解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题.通过4个新型防屈曲支撑构件在往复荷载作用下的拟静力试验,研究了防屈曲支撑在不同加载制度下,不同约束比下的性能.试验结果表明:在循环变形过程中试件基本没有发生刚度与强度的退化,且延性与耗能能力都很好.碳纤维布成功地起到连接装配式防屈曲支撑两部分外包约束单元的作用,并可有效抵抗来自内核单元施加的侧向推力.采用碳纤维包裹约束的新型防屈曲支撑受压时,内核单元会产生多波屈曲现象,使得约束单元中的包裹材料发生变形,最终使得构件的滞回曲线表现为力的"跳动",多波屈曲现象更为显著试件的滞回耗能能力略差.新型装配式防屈曲支撑具有良好的滞回性能,为防屈曲支撑实现可装配式提供了新途径.     

三重钢管防屈曲耗能支撑性能的有限元模拟分析

防屈曲耗能支撑克服了传统支撑受压屈曲的缺点,地震时具有良好的耗能能力和延性,是一种具有应用前景的耗能减震构件。本文介绍了三重钢管防屈曲耗能支撑的构造及耗能原理,采用ANSYS程序对其进行有限元分析,研究轴力管和约束管之间的空隙对于此种防屈曲耗能支撑承载力以及滞回耗能性能的影响,并用实验验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：采用ANSYS软件对三重钢管防屈曲支撑进行模拟分析是可行的,三重钢管防屈曲支撑工作原理明确,具有稳定的滞回耗能能力,空隙对防屈曲支撑的耗能能力以及承载力有重要影响。     

双套管防屈曲支撑的抗震性能的实验研究

双套管防屈曲支撑是由内核与套筒组合而成的结构体系,其中内核承受轴向压力,套筒只提供内核侧向支撑并约束内核的屈曲变形.主要对其3个主要设计参数约束比、间隙和内核突出段长度进行了探讨性的实验研究,得出该三种不同参数的变化对防屈曲支撑的抗震性能的影响程度.     

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。     

带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚抗震性能试验

提出带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚,对其受力机理进行了分析。将自复位参数(β_(sc))和框架柱轴力作为设计变量,设计制作了四组柱脚试件,通过低周往复荷载试验,对比分析了结构的受力发展过程、自复位能力、变形能力和耗能能力。结果表明:柱脚试件的塑性变形集中于消能杆,对损伤的消能杆更换后,柱脚抗震性能得以快速恢复,实现了预期的设计意图;试件的荷载-位移滞回曲线为典型的"双旗帜"形,卸载后最大残余层间位移角仅为0.001 rad,具有良好的自复位能力;通过对位移延性系数和等效黏滞阻尼系数的分析,表明自复位柱脚具有良好的变形能力和耗能能力;随着β_(sc)参数增大,柱脚自复位能力提高,承载力和耗能能力降低,而对变形能力影响不大;随着框架柱轴力增大,自复位能力和承载力提高,变形能力降低,而对耗能能力影响不大。     

自复位防屈曲支撑钢框架的抗震性能分析

为了消除防屈曲支撑在强震后留有残余变形的弊端,本文针对一种新型支撑构件—自复位防屈曲支撑,通过有限元软件ANSYS对自复位防屈曲支撑钢框架、防屈曲支撑钢框架和钢框架进行罕遇地震作用下的抗震性能对比分析。结果表明,自复位防屈曲支撑钢框架的顶点位移、层间位移角、残余变形等地震响应均明显小于防屈曲支撑钢框架和钢框架,尤其在残余变形方面,自复位防屈曲支撑基本消除了结构的残余变形,具有良好的复位效果。     

无粘结内藏钢板支撑剪力墙滞回性能分析

结合单斜无粘结内藏钢板支撑剪力墙的试验研究,对其滞回性能进行了有限元分析.考察了钢板支撑不同初始缺陷和墙板端部有无加强构造等因素对支撑墙板受力性能的影响.试验和分析结果均表明,墙板端部有角钢加强的试件,钢板支撑受压屈服后,在水平侧移角达1/50时墙板没有破坏,支撑墙板滞回曲线饱满稳定;端部没有加强的试件,在支撑受压屈服后,墙板端部局部开裂严重.分析还表明,内藏的钢板支撑在受压后只发生多波微幅弯曲失稳.随着沿墙板厚度方向墙板孔壁与支撑间间隙的增大,支撑的失稳波幅也增大,从而降低支撑墙板的初始刚度和受压承载力,增大支撑对墙板的局部冲剪力和墙板平面外的弯曲变形.当墙板的侧向约束足够时,墙板支撑受压和受拉时的性能较一致且无承载力和刚度退化,可以在结构分析中应用杆元对其进行模拟.     

Pall型摩擦阻尼支撑体系试验研究

鉴于Pall型摩擦阻尼普通支撑会对框架边柱产生附加轴力,考虑采用防屈曲支撑来代替普通支撑,使支撑充分发挥作用,同时不会对边柱产生增长的附加轴力,为防屈曲支撑在Pall型摩擦阻尼支撑体系中的应用奠定基础.由于Pall型摩擦阻尼器滞回特性不受支撑屈曲力影响的特性,故采用普通钢板来代替防屈曲支撑进行Pall型摩擦阻尼支撑体系试验研究,同时对此支撑体系在考虑几何非线性情况下进行有限元AN-SYS仿真分析.对比试验结果和仿真分析结果,表明试验结果与仿真分析结果得出的Pall型摩擦阻尼器摩擦力和支撑内力的变化规律基本相同,为下一步采用防屈曲支撑体系进行试验研究奠定基础.     

组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明：与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%～36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7～0.9。     

变截面钢支撑滞回性能研究

为改善铰接钢支撑受压稳定性从而提高受压承载力,将支撑设计成两端小中间大的变截面构件,通过增大支撑中部截面尺寸,使支撑在受压时塑性区域向两端外移,形成更大范围的塑性区,更有利于其在地震作用下的耗能。利用有限元分析方法研究工形截面、方钢管截面和圆钢管截面的变截面支撑的滞回性能。研究表明在保证支撑构件满足规范要求的宽厚比前提下,支撑长细比和楔率是影响变截面支撑滞回性能的主要因素,变截面支撑初始轴向刚度、承载能力、耗能性能随楔率增大而增大。