贴接铰防屈支撑混凝土框架试验研究及模拟分析

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防屈曲支撑是一种全新的消能减震技术,它在我国的研究和使用尚处于起步阶段。防屈曲支撑顾名思义就是防止核心钢板发生屈曲的耗能支撑。它是在建筑结构的某些部位设置防屈曲支撑,在地震作用时,通过防屈曲支撑反复拉压产生弯曲弹塑性滞回变形来消耗或吸收地震输入结构中的能量,避免结构产生破坏或倒塌,达到减震控制的目的。防屈曲支撑先于主体结构进入屈服耗能阶段,属于建筑结构的第一道抗震防线。  防屈曲支撑可以采用人字形布置和单斜式布置两种布置方式。无论哪种布置方式,它在与框架梁柱节点连接时多采用螺栓、焊接、半螺栓半焊接的连接方式,以上连接方式无论一字形还是人字形在支撑端部均采用对接接头并在两侧安装连接钢板,所需要的零部件较多,并且在支撑、节点板和连接钢板上有很多预留螺栓孔,在支撑安装时稍微有一点错误就会导致支撑无法安装,对零部件的尺寸、预留螺栓孔的位置精度要求较高。鉴于以上连接方式的诸多缺点,本文提出一种全新的连接方式--铰接,主要是改变框架梁柱节点处的连接方式,利用贴接铰对混凝土框架进行整体模拟分析并对支撑与梁柱连接的节点板进行局部模拟分析。本文的研究思路是在框架梁柱节点处使用贴接铰,贴接铰具有旋转自由度,因此要对梁柱节点处的弯矩进行释放,即释放连接处的旋转自由度,使支撑在节点处可以发生旋转。  根据上述思路,本文给出了防屈曲支撑贴接铰的设计方法,据此设计了一榀混凝土框架和与该框架对应的贴接铰,设计内容包括预埋件的厚度和尺寸,铰轴的尺寸,连接钢板的形状、厚度和尺寸,并对已知尺寸的贴接铰进行ABAQUS模拟,模拟结果表明根据本文提出的设计方法设计的贴接铰的强度和屈曲性能都能满足要求,在模拟的过程中同时能够发现节点板的薄弱环节,从而对节点板进行加固处理。  根据本文提出的设防目标,选择了一个混凝土框架原型,利用SAP2000建立了五个个有限元分析模型:一个是纯框架模型,另四个是在指定的位置安装人字形防屈曲支撑的框架模型。对这五个模型分别设置了反应谱工况、动力弹塑性工况、静力弹塑性工况进行框架结构的抗震性能分析。在不同的设防烈度(小震、中震、大震)下,对五个模型分别进行不同工况下的计算,将这三个模型的分析结果分别进行对比,分析结果表明:安装防屈曲支撑的框架比纯框架具有良好的抵御地震的能力;安装防屈曲支撑的框架在设防烈度时主体结构保持弹性,防屈曲支撑开始屈服,有效地保护了主体结构,在罕遇地震下防屈曲支撑和主体结构均发生屈服,但主体结构不发生倒塌;两种布置支撑的方式对整体结构的抗震性能有一定的影响。  另外,本文在前述有限元分析的基础上设计了一榀混凝土框架,但是防屈曲支撑和节点的连接方式采用铰接,以期与顾卢忠的试验结果进行对比。研究了贴接铰防屈曲支撑混凝土框架的抗震性能,包括混凝土结构的开裂、荷载-位移曲线、骨架曲线、防屈曲支撑荷载-变形曲线、框架节点破坏形态、等效粘滞阻尼比和刚度退化等特性。试验结果表明,所设计的贴接铰防屈曲支撑混凝土框架、预埋件、受力可靠,防屈曲支撑混凝土框架具有良好的耗能能力,水平荷载-位移曲线圆润饱满,防屈曲支撑在层间位移角较小时即可进入屈服阶段,层间位移角较大时仍不失效,防屈曲支撑能够显著增加混凝土框架的阻尼,有效地减轻地震反应。
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