双一字内芯全钢防屈曲支撑的力学性能分析

防屈曲支撑主要由内芯和外围约束构件两部分组成.双一字内芯全钢防屈曲支撑作为双核心全钢防屈曲支撑中的一种,具有构造简单、重量轻和连接长度短等优点.本文通过对双一字内芯全钢约束防屈曲支撑进行有限元分析,给出了支撑内芯宽厚比的取值范围和不同初弯曲下支撑宽厚比的取值范围,以供支撑设计人员参考.     

一字内芯全钢防屈曲支撑的有限元分析

一字内芯全钢防屈曲支撑具有构造简单和重量轻等特点。本文通过对一字内芯全钢约束防屈曲支撑进行有限元分析,给出了支撑内芯宽厚比的取值范围和不同初弯曲下支撑约束比的取值范围,以供支撑设计人员参考。     

十字型内芯全钢防屈曲支撑的有限元分析

全钢防屈曲钢支撑是一种在大震下能够屈服而不易屈曲的耗能支撑形式,具有良好的抗震性能。本文通过对十字型内芯全钢防屈曲钢支撑的有限元分析,给出该支撑在不同破坏模式下约束比,内芯宽厚比以及初始缺陷的影响,为实际工程应用提供参考。     

新型全钢防屈曲支撑滞回性能的数值分析

普通全钢防屈曲支撑(BRB)通常采用的一字形钢板作为内芯,在纵向容易出现局部屈曲,为此一种新型全钢BRB应运而生以缓解上述不利影响,该装置采用两块T型钢板作为次要约束构件,取代传统混凝土或砂浆在纵向对内芯的约束作用。为探究内芯初始缺陷、内芯与T型板之间的摩擦系数与间隙、内芯的宽厚比等因素对装置滞回性能影响,借助非线性有限元软件,对该新型全钢BRB展开数值模拟分析,通过模拟结果与试验结果的对比表明,该有限元模型能够很好重现全钢BRB的力学响应,建模方式可以作为全钢BRB参数化分析途径;通过上述相关因素的参数化分析表明,经过合理设计的新型全钢BRB可展现出诸多优势并具有良好的抗震性能。     

十字形内芯防屈曲支撑接触应力有限元分析

在一字形内芯防屈曲支撑接触应力研究成果的基础上,尝试对十字形内芯防屈曲支撑进行有限元模拟分析,研究其内芯宽厚比对接触应力的影响和约束间隙对内芯屈曲性状的影响。     

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。     

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。     

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。     

双矩形管约束屈曲支撑的有限元研究

本文提出一种新型全钢约束屈曲支撑。该支撑采用Q235钢加工,内芯为端部内侧焊接加劲肋的矩形钢管,外围约束为普通矩形钢管。通过对多个初始缺陷、内芯与外围约束之间间隙不同的支撑进行单轴受压加载的数值模拟,发现该支撑能作为承载型约束屈曲支撑应用于实际工程。同时数值模拟结果表明,整体初始缺陷和间隙越小,约束屈曲支撑的承载能力越强。     

新型穿孔式防屈曲支撑的有限元分析

防屈曲支撑(BRB)是用于改善多高层结构抗震性能的抗侧力构件。本文提出了一种新型穿孔式防屈曲支撑(PCBRB)并对其进行ABAQUS有限元模拟,采用ABAQUS/Standard中的弧长法(Riks Method)研究纵向带宽厚比b/t、横向带宽厚比bb/t对PCBRB承载力的影响。结果表明,b/t取值范围为1.00~2.00时满足预期受力特点,bb/t取值范围为0.50~2.00时满足预期受力特点,说明了b/t对PCBRB承载力的影响较大、而bb/t对PCBRB承载力的影响不明显。     

不同间隙全钢圆套圆防屈曲支撑的抗震性能研究

支撑-框架体系在设防烈度和罕遇地震作用下其传统支撑易较早发生受拉、受压屈服,甚至发生大幅值屈曲失稳破坏,不利于框架结构的承载和能量耗散。全钢圆套圆型防屈曲支撑(称圆套圆防屈曲支撑)可代替传统支撑为支撑-框架体系提高承载能力和耗能能力。该圆套圆防屈曲支撑主要是由承力耗能内圆管(称核心管)与约束核心管屈曲变形的外圆管(称约束外管)构成的一种特殊耗能支撑。利用静力非线性分析方法对不同间隙的圆套圆防屈曲支撑力学性能进行分析,包括滞回曲线、抗震性能指标CPE、骨架曲线以及刚度退化等。结果表明:间隙取值为2 mm时,圆套圆防屈曲支撑比传统支撑受压承载能力提高了55. 4%,滞回耗能提高了80. 2%,抗压刚度提高了111%。圆套圆防屈曲支撑显著改善了传统支撑受压易屈曲的缺点,且在受力性能、滞回耗能、造价以及制作工艺等各方面表现优异。     

H型钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

提出一种H型钢防屈曲支撑（HBRB）以便于对结构中既有H型钢构件进行抗震加固,同时可避免传统H型钢防屈曲支撑中过早发生内芯局部屈曲破坏的现象发生。该支撑的耗能内芯采用H型钢,约束构件由2个U形钢和2块钢板通过高强螺栓拼接而成。为了研究HBRB的抗震性能,对3个试件进行拟静力试验,结果表明,构造合理的HBRB具有稳定的滞回耗能能力。通过分析试件破坏模式发现：将端部加劲肋布置在翼缘两侧有利于避免H型钢防屈曲支撑内芯应变集中及约束构件局部鼓曲破坏的发生;端部加劲肋和外部约束构件之间的间隙过大会导致加劲肋和H型钢内芯焊缝撕裂;采用低电流、多道焊缝施焊有利于提高防屈曲支撑的疲劳性能。在轴向荷载作用下,H型钢内芯除了发生整体弯曲变形外,腹板和翼缘作为板件还会分别发生自身的高阶屈曲;翼缘和腹板在屈曲后与约束构件接触,相当于对H型钢增加额外的侧向约束,使其整体稳定承载力明显提升。     

剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能试验研究

剪切型钢板阻尼器广泛应用于建筑结构的抗震设计中,但现有的钢剪切板阻尼器腹板易发生平面外屈曲,从而引起耗能腹板的疲劳破坏。为此,提出了剪切型防屈曲钢板阻尼器,是在传统的钢板阻尼器的基础上,在腹板的两侧增加了约束板和固定板,约束板用于防止耗能腹板的屈曲变形,固定板为约束板提供支撑。为研究剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能,设计了3个试件并对其进行了拟静力试验。试验结果表明：剪切型防屈曲钢板阻尼器可以有效抑制耗能腹板平面外屈曲,与传统钢板阻尼器相比,具有较强的耗能能力;约束板合理的形状对剪切型防屈曲钢板阻尼器性能有较大影响。采用数值模拟方法对剪切型防屈曲钢板阻尼器进行参数分析,研究了宽厚比对阻尼器滞回性能的影响。结果表明腹板宽厚比取值过大或过小时,承载力和耗能性能降低,但等效黏滞阻尼系数增大。     

剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能试验研究

剪切型钢板阻尼器广泛应用于建筑结构的抗震设计中,但现有的钢剪切板阻尼器腹板易发生平面外屈曲,从而引起耗能腹板的疲劳破坏。为此,提出了剪切型防屈曲钢板阻尼器,是在传统的钢板阻尼器的基础上,在腹板的两侧增加了约束板和固定板,约束板用于防止耗能腹板的屈曲变形,固定板为约束板提供支撑。为研究剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能,设计了3个试件并对其进行了拟静力试验。试验结果表明:剪切型防屈曲钢板阻尼器可以有效抑制耗能腹板平面外屈曲,与传统钢板阻尼器相比,具有较强的耗能能力;约束板合理的形状对剪切型防屈曲钢板阻尼器性能有较大影响。采用数值模拟方法对剪切型防屈曲钢板阻尼器进行参数分析,研究了宽厚比对阻尼器滞回性能的影响。结果表明腹板宽厚比取值过大或过小时,承载力和耗能性能降低,但等效黏滞阻尼系数增大。     

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。     

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。     

多段连接防屈曲支撑设计及试验研究

为解决超长防屈曲支撑易出现重力过大、屈曲失稳的问题,设计了内接约束和外接约束两种新型全钢多段连接防屈曲支撑,确定其构造设计方案,验算支撑各部分稳定性。分别加工制作两种防屈曲支撑构件并进行低周往复加载试验,试验结果表明:内接约束防屈曲支撑抗震性能良好,试验所得滞回曲线饱满且耗能性能稳定,受压承载力调整系数及累积变形能力系数均可满足相关规程要求;外接约束防屈曲支撑加工误差及连接板焊脚引起的内核钢芯与约束钢管间隙过大是支撑滞回性能未达到设计预期的主要原因。     

局部削弱型防屈曲约束支撑有限元数值分析

为实现防屈曲约束支撑定点屈服并兼具可装配的功能,文中提出一种新形式的装配式局部削弱型防屈曲约束支撑。为研究该新型防屈曲约束支撑的性能,采用ABAQUS有限元软件对试件进行数值模拟。研究结果表明,局部削弱可以实现定点屈服,但开孔不宜过大,否则出现严重的局部屈曲。间隙和较小的初始缺陷对构件性能基本无影响。随着加劲肋的增多,构件的滞回曲线越饱满。内芯构件的屈服点越低,耗能系数越大。     

基于整体稳定性的防屈曲支撑约束单元及内芯加强段实用设计方法

防屈曲支撑是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑构件，而保证支撑在地震作用下的稳定是充分发挥其阻尼器功能的关键。为此，在已有研究基础上，提出忽略支撑内芯耗能段刚度的力学模型，基于稳定性二阶分析方法推导并建立一种形式较为简单的防屈曲支撑实用设计方法。通过与已有试验结果以及已有计算方法预测值的对比，分析该方法的准确性及适用性。研究结果表明：提出的实用方法可较准确且偏于保守地评估支撑内芯加强段及约束单元的受力状态；建议的计算公式可以较准确地预测防屈曲支撑的接触力及弯曲响应，可将其作为防屈曲支撑的整体稳定设计准则。     

全钢防屈曲支撑的整体屈曲性能

在大地震作用下,防屈曲支撑达到令人满意的力学性能的关键要求之一是要预防整体屈曲直到支撑组件达到足够的塑性变形和延展性。给出了对所提出的全钢防屈曲支撑的有限元分析结果。所提出的防屈曲支撑有着相同的核心截面和不同的屈曲约束性能。对防屈曲支撑和初始缺陷进行参数研究,从而调查支撑的整体屈曲性能。分析结果显示,防屈曲性能的抗弯刚度都可以显著影响支撑的整体屈曲性能。此外,核心组件的抗弯强度的欧拉屈曲荷载的最小比率,即Pe/Py可作为设计目标。这个比率是控制防屈曲支撑整体屈曲的最主要参数。