自复位屈曲约束支撑的抗震性能分析

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地震是严重威胁人类财产和安全的主要自然灾害之一,因此如何提高建筑物的抗震能力是一个关键问题。传统的建筑结构抗震是通过增强结构基本性能的方式来抵抗地震的作用,但由于不能准确的预估地震灾害的强度和特点,这种被动抗震的方式不具备自我调节的性能,使得构件产生破坏导致结构震后不满足安全性的要求,往往会造成重大经济损失和人员伤亡。而采用消能减震措施可以有效地吸收地震能量,极大地减少构件的破坏,其中屈曲约束支撑具有稳定的滞回性能和耗能能力,且不受环境与温度的影响,在工程中得到广泛的应用。另一方面,屈曲约束支撑在震后会产生较大的变形是不可恢复的,对于震后修复是不利的。随着韧性城市概念的提出,具有自复位功能的各类消能减振设计需求增加。因此,本文基于屈曲约束支撑及自复位的概念,改进了一种由高强弹簧及复位筋组合作为复位系统的自复位屈曲约束支撑,可以有效地消除残余变形,具有良好的恢复性能,论文针对该构件的抗震性能及其结构的地震响应进行研究,主要研究内容如下:
  (1)介绍了本文自复位屈曲约束支撑的组成部分和构成方式,简要概述了支撑的工作原理,分别从承载力、整体稳定、局部稳定、刚度、复位筋和弹簧的恢复力和变形方面进行了阐述,讨论了该支撑的力学模型,并给出了支撑性能指标:能量耗散系数、等效粘滞阻尼系数、残余变形。
  (2)通过ABAQUS有限元软件对自复位屈曲约束支撑进行数值模拟,并与屈曲约束支撑的滞回性能进行对比分析,从初始弯曲、初始预应力、复位筋弹性模量和弹簧刚度几个主要影响因素进行了参数分析。结果表明:耗能性能及复位性能受初始弯曲的影响不大;增加复位筋预应力,支撑的复位能力增强,残余变形变小;复位筋的弹性模量越小,支撑的滞回曲线越饱满,耗能能力越强,但是残余变形也越大。随着弹簧刚度的增加支撑受压承载力提高,支撑的能量耗散系数及等效粘滞阻尼系数减小,弹簧刚度对残余变形与最大变形的比值的影响较小。
  (3)在构件模型的基础上建立了框架中心支撑结构体系,分别在三条地震波作用下对其进行了有限元模拟,对屈曲约束支撑框架和自复位屈曲约束支撑框架进行了时程分析,对比了两种结构体系的各层最大位移、层间位移角、残余变形。结果表明:自复位屈曲约束支撑具有优良的抗震性能,能有效的控制残余变形。随后对第一刚度、第二刚度、内核心截面面积及预应力四个方面进行参数分析,结果表明:第一刚度越大,层间位移角越小,残余变形越小;第二刚度越小层间位移角和楼层最大位移越大;内核心截面面积对结构影响较小;预应力越大层间位移角和残余变形越大,顶层最大位移越小。
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