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近年来,消能减震技术在工程界得到了广泛的关注与应用,许多简便实用的消能减震装置被研制开发出来。防屈曲支撑是金属耗能器中比较常见的一种,其耗能减震性能良好,构造简单,加工制作方便,受到了广泛的关注。本文总结了国内外近几十年来在防屈曲支撑研究领域取得的成果,在此基础上提出并设计一种钢铅组合防屈曲支撑模型,然后对其进行了相关研究,主要工作包括以下几个方面:
首先,对钢铅组合防屈曲支撑的构造设计作了理论分析。介绍了钢铅组合防屈曲支撑的构造方式与工作原理,提出了该类防屈曲支撑的设计方法,推导了各项构造参数的设计原则,并根据理论计算得出这一类防屈曲支撑的恢复力模型。
然后,对钢铅组合防屈曲支撑的受力性能进行了数值模拟。根据上文提出的钢铅组合防屈曲支撑的设计方法,设计了一个防屈曲支撑,同时可得到一个相应尺寸的传统纯钢防屈曲支撑。对两个支撑建立了ANSYS有限元模型并分析,根据分析结果总结了支撑的滞回性能及特点。通过数值模拟研究了各项构造参数对钢铅组合防屈曲支撑性能的影响,即内核钢板与约束构件的接触面摩擦系数越大,所需的最小约束刚度比就越大,对防屈曲支撑的整体稳定不利；钢铅屈服力比越小,铅剪切面长宽比越小,钢芯核心段越短、宽厚比越小,支撑的工作性能越稳定,弹性刚度越大,耗能能力越强；内核钢板与侧撑钢板的间隙不宜过大；内核钢板渐变段应尽量过渡平缓,避免应力集中。
再后,对钢铅组合防屈曲支撑的滞回性能进行了试验研究。设计制作了四个防屈曲支撑试件,分别进行了拟静力轴向往复加载。通过试验结果的对比研究了钢铅组合防屈曲支撑的滞回性能。试验结果显示,支撑试件的滞回曲线呈饱满的梭形,工作性能稳定,耗能效果良好。对试验现象的分析表明,支撑具有良好的抗疲劳性能；钢—钢接触面的摩擦系数过大会造成支撑拉压承载力不对称,影响其实用性能,应在内核钢板表面设无粘结材料层；大行程时外包构件会沿内核构件轴向产生移动,设计时应对端部无约束段进行局部稳定验算。
最后,对钢铅组合防屈曲支撑的工程应用进行了有限元模拟。以实际工程为例,利用有限元设计与分析软件PERFORM-3D,建立相应的分析模型,并分别采用传统纯钢防屈曲支撑和新型钢铅组合防屈曲支撑对其进行加固改造。对不同烈度下小震弹性和大震弹塑性的结构反应进行分析和对比,得出了钢铅组合防屈曲支撑的消能减震效果,验证了其相对于传统防屈曲支撑的优越性。
在本文的结尾部分,对本文的研究工作进行了总结,同时指出了需要进一步研究解决的问题。