消能限位防屈曲支撑抗震性能研究

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近年来,受位移控制的高层、超高层结构越来越多,防止地震作用下由于过大位移而导致结构倒塌破坏是亟待研究的课题。防屈曲支撑作为位移型消能减震构件,由于其传力明确,可靠性高,性能优越等优点,其研究与应用日趋增加。  防屈曲支撑由承受轴力的钢芯、约束钢管及无粘结材料组成,由于约束钢管的约束作用,在中震和大震作用下,钢芯可全截面屈服并最大限度发挥耗能能力;但在超大震作用下,过大层间位移有可能使钢芯变形过大导致拉裂破坏,丧失消能作用,甚至导致结构倒塌破坏。同时,性能优越的防屈曲支撑对钢材要求较高,所用钢材需具有屈服点低,屈服范围狭小,滞回性能良好等优点。因此,在防屈曲支撑基础上开发限位功能既可限制楼层变形,又可降低对钢材的要求,具有重要的研究价值。  针对以上问题,从以下几个方面展开工作:  1.提出一种全钢型消能限位防屈曲支撑,实现中震大震作用下,消能限位防屈曲支撑钢芯屈服耗能,而超大震作用下,消能限位防屈曲支撑实现限位作用,即通过限制消能限位防屈曲支撑自身变形强制约束楼层的整体变形。  2.针对消能限位防屈曲支撑的工作原理进行阐述,应用串并联质点系从理论上确定了消能限位防屈曲支撑的简化力学模型,并应用有限元软件进行了验证,最后给出了支撑设计时需要保证的稳定性验算条件。  3.进行了6根消能限位防屈曲支撑构件的拟静力试验,分析了钢芯工作段截面、工作段长度、限位距离、钢芯与钢管之间缝隙等因素对消能限位防屈曲支撑滞回性能的影响,结果表明该消能限位防屈曲支撑具有饱满的滞回曲线,耗能能力良好,并且限位刚度明显,验证了理论分析的准确性。  4.针对消能限位防屈曲支撑构件进行精细化数值模拟,考虑了材料非线性、几何非线性、接触分析非线性、初始缺陷等因素的影响。数值模拟着力分析消能限位防屈曲支撑的工作原理及破坏机制,并通过一系列参数变化,验证了其工作机制及良好的耗能能力,并且数值模拟结果与理论分析结果一致。  5.分别将普通防屈曲支撑和消能限位防屈曲支撑应用于高层框架结构并进行有限元分析,结果表明,在满足耗能的同时,消能限位防屈曲支撑限位效果更加明显。
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