發(fā)布時間：2020-11-05 14:50

　　 由于世界各地地震災(zāi)害屢屢發(fā)生,導(dǎo)致人類生命財產(chǎn)安全受到極大威脅。世界各國都越來越重視工程抗震的研究,我國更是通過制定相關(guān)規(guī)范條例將抗震要求設(shè)置為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。支撐作為一種常用的抗震構(gòu)件廣泛用于工程各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)支撐在設(shè)防烈度及大震條件下極容易發(fā)生整體或局部屈曲失穩(wěn)破壞,為解決在罕遇地震下支撐的屈曲失穩(wěn)問題,實際工程中通常采用防屈曲支撐。因為防屈曲支撐采用內(nèi)核受力構(gòu)件外包約束構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式,使支撐在受力過程中即使無法達(dá)到全截面屈服的理想狀態(tài),也能利用外管構(gòu)件約束支撐,提供優(yōu)良的承載力及耗能能力,從而為整個框架結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定且對稱的支撐力,減小形成薄弱層的可能性。本文提出了一種新型防屈曲支撐:全鋼防屈曲可控支撐核心受力構(gòu)件由圓管與加載端頭采用焊接方式連接構(gòu)成,加載端頭由四塊直角梯形角撐板與一塊等腰梯形加載板構(gòu)成;外約束構(gòu)件是由兩根槽鋼與兩根T型鋼焊接而成,T型鋼腹板長度通過削減進(jìn)行調(diào)整。防屈曲可控支撐無內(nèi)外管之間的無粘結(jié)材料,因此具有自重輕、易于制作組裝的特點。其最大的優(yōu)勢在于,可以對現(xiàn)有的傳統(tǒng)單管支撐加裝外約束構(gòu)件形成防屈曲支撐,將傳統(tǒng)支撐的側(cè)向位移限制在可控的范圍內(nèi)。本文首先介紹了支撐的工作原理、構(gòu)成及理論公式推導(dǎo),其中理論研究包括了對防屈曲可控支撐的整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性、內(nèi)核受力構(gòu)件與外約束構(gòu)件之間的間隙值,推出了最大臨界應(yīng)力、寬厚比限值以及最小間隙值的理論公式,利用公式計算試驗試件的橫向及縱向構(gòu)造設(shè)計,并計算出試件用于增強(qiáng)連接的加肋板的相關(guān)尺寸。其次,本文對傳統(tǒng)支撐及防屈曲可控支撐進(jìn)行了試驗研究。兩類支撐均采用Q235b鋼材制作內(nèi)核受力構(gòu)件及外約束構(gòu)件,并按照我國抗震規(guī)范規(guī)定設(shè)計的加載制度進(jìn)行軸向循環(huán)往復(fù)加載。試驗結(jié)束后,試件破壞狀態(tài)顯示:在一端固接一端鉸接的邊界條件下,兩個支撐的破壞形式為加載端頭發(fā)生偏心失穩(wěn)破壞;兩端固接時,防屈曲可控支撐是由于內(nèi)管多波屈曲導(dǎo)致破壞,而傳統(tǒng)支撐是由于失穩(wěn)破壞。最終,對實驗數(shù)據(jù)收集整理并分析了拉壓對稱性、骨架曲線、剛度退化、耗能能力、應(yīng)力應(yīng)變等抗震性能指標(biāo)。實驗表明:一端固接一端鉸接的邊界形式下,防屈曲可控支撐較傳統(tǒng)支撐承載力及耗能能力有所提高;在兩端固接的邊界條件下,耗能能力提高了63%。所以支撐受到兩端固接的耗能能力優(yōu)于一端固接一端鉸接的耗能能力,且充分表明防屈曲可控支撐較傳統(tǒng)支撐而言,耗能能力得到大幅提升。最后在Abaqus有限元軟件平臺上,按照支撐尺寸建立了傳統(tǒng)支撐與防屈曲可控支撐在兩端固結(jié)的邊界條件下的足尺模型,運(yùn)算出力學(xué)模型的有關(guān)參數(shù)。并將有限元軟件模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比,通過對比發(fā)現(xiàn),有限元模擬雖然存在一定的誤差,但是在整體上仍然可以反映出構(gòu)件的承載能力與耗能性能,所以利用有限元模擬工程實例是切實可行的。圖[50]表[11]參[61]
【學(xué)位單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TU352.1
【部分圖文】：

安徽建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論-8-（f）日本大阪港橋圖1-1防屈曲支撐的工程應(yīng)用1.4目前存在的問題根據(jù)研究現(xiàn)狀可以看出，大部分全鋼防屈曲支撐研究主要集中在外包混凝土的鋼支撐構(gòu)件，較少涉及到外約束構(gòu)件為鋼管的全鋼防屈曲支撐。然而，外加套管的全鋼防屈曲支撐可以在制作過程中有效減少成本，降低施工難度，縮短建設(shè)周期[38]。因此外套鋼管的全鋼防屈曲支撐是一項有前景的研究課題。全鋼防屈曲支撐的理論發(fā)展方面還存在以下限制：（1）對于局部失穩(wěn)情況的理論研究尚未成熟。沒有用于局部穩(wěn)定性計算的理論公式，也缺少局部失穩(wěn)的機(jī)理研究。（2）全鋼防屈曲支撐的設(shè)計參數(shù)來源精準(zhǔn)性較差。通過統(tǒng)計支撐試驗結(jié)果，之后對數(shù)據(jù)模型擬合，從而確定相關(guān)參數(shù)。這就難以保證設(shè)定某類全鋼防屈曲支撐參數(shù)的精確度[39]。（3）全鋼防屈曲支撐保證整體穩(wěn)定性的條件下，已經(jīng)得出內(nèi)芯構(gòu)件為一字型的外套管強(qiáng)度公式，但目前沒有關(guān)于內(nèi)芯構(gòu)件為十字型的外套管強(qiáng)度公式。在全鋼防屈曲支撐有限元模擬方面，存在以下兩方面不足：（1）在有限元軟件計算模型整體穩(wěn)定性時，通常不考慮摩擦力對支撐構(gòu)件承載能力的影響。（2）在建立模型時，只通過改變參數(shù)來研究全鋼防屈曲支撐的性能。但目前參數(shù)并不全面，并且沒有考慮到內(nèi)外構(gòu)件之間的相互作用[39]。在全鋼防屈曲支撐的試驗方面存在一個較為嚴(yán)重的問題：由于試驗設(shè)備和試驗場地的限制，試驗室通常采用等比例縮小的試件進(jìn)行試驗，很少進(jìn)行足尺試件試驗。但是縮尺試件試驗難以反映工程實際情況，往往造成了實際應(yīng)用與試驗結(jié)果不符的情況。此外，試驗中很少考慮到兩端節(jié)點板轉(zhuǎn)動的情況，這與實際結(jié)構(gòu)的受力情況不完全一致，會給實際工程帶來隱患[40]。

-第二章防屈曲可控支撐的理論研究2.1全鋼防屈曲可控支撐工作原理及構(gòu)成傳統(tǒng)支撐在大震作用下很容易發(fā)生局部失穩(wěn)，主要是因為當(dāng)施加的荷載大于等于支撐的屈曲荷載時，支撐發(fā)生橫向彎曲變形，這類現(xiàn)象也稱為屈曲。同時，在強(qiáng)烈地震作用下，傳統(tǒng)支撐也很有可能發(fā)生低周疲勞破壞。為了解決這一難題，學(xué)者們已經(jīng)對限制支撐發(fā)生屈曲進(jìn)行了多方面的研究：如加設(shè)外管，添加無粘結(jié)材料等等，最終衍生出一類新型的支撐，即全鋼防屈曲支撐。全鋼防屈曲支撐是由內(nèi)核受力單元、外約束單元和內(nèi)外管之間的無粘結(jié)材料三部分構(gòu)成，形式如圖2-1所示[41]。內(nèi)核受力單元一般由塑性變形能力好，屈服點較低的鋼種材料制成，主要承受軸向的拉壓荷載。外約束單元由鋼管或者混凝土制成，不能承受軸力，作用是在內(nèi)核單元發(fā)生受壓屈曲時，提供側(cè)向支撐力，以致于整個構(gòu)件能夠承受更大的軸力，改善其抗彎性能。無粘結(jié)材料是介于內(nèi)核受力單元與外約束單元之間的，能夠減小兩者因接觸而產(chǎn)生摩擦力的介質(zhì)[42]。由于內(nèi)外單元能夠發(fā)生相對滑動，就避免了內(nèi)核單元與外約束單元形成整體，防止外約束單元承受軸力的作用。全鋼防屈曲支撐使得拉壓出現(xiàn)對稱性，這使得內(nèi)核單元在還未出現(xiàn)較大的彎曲變形時就已經(jīng)完全屈曲，耗散大部分能量。圖2-1防屈曲可控支撐構(gòu)件示意圖雖然全鋼防屈曲支撐的截面形式多類多樣（如圖2-2所示）。但其工作原理基本相同。與傳統(tǒng)支撐相比，其外管能夠很好的約束內(nèi)核單元，保證內(nèi)核單元在發(fā)生屈曲后仍然發(fā)揮耗能能力，限制內(nèi)管由于側(cè)向彎曲變形而發(fā)生局部失穩(wěn)。全鋼防屈曲支撐在經(jīng)受多遇地震作用時，可為建筑物提供抗側(cè)力剛度，減小地震基本周期的作用。而在大震作用下，全鋼防屈曲支撐起到了金屬阻尼器的作用。相比較更為重要的梁柱構(gòu)件，全鋼防屈曲支撐可?

安徽建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章防屈曲可控支撐的理論研究-11-下通過內(nèi)核受力單元的彈塑性變形來消耗大量能量，保護(hù)建筑物的梁柱等主要受力構(gòu)件，避免建筑物發(fā)生倒塌，使人民群眾的生命健康和財產(chǎn)安全免遭威脅，也節(jié)約了因建筑物倒塌而災(zāi)后重建的成本。圖2-2全鋼防屈曲支撐截面形式本文研究的全鋼防屈曲可控支撐（BCB）是一類特殊的全鋼防屈曲支撐：構(gòu)成包括一個內(nèi)核受力構(gòu)件，該圓管負(fù)責(zé)抵御地震力的橫向作用；一個控制內(nèi)管構(gòu)件，該方管可通過沿支撐長度方向提供連續(xù)的側(cè)向支撐來控制核心支撐的整體和局部屈曲。內(nèi)管與外管之間沒有填充砂漿等無粘結(jié)材料，但兩管之間留有間隙，管之間的間隙是為了讓外管對軸向載荷系統(tǒng)起到控制作用。具有加工簡單，自重較輕等優(yōu)點，能夠在大跨度結(jié)構(gòu)中使用，工程應(yīng)用前景廣闊。新式防屈曲支撐是將全鋼防屈曲支撐重新定義為兩階段屈曲控制的支撐：第一階段不發(fā)生彎曲，第二階段控制屈曲變形。這一新定義不僅符合當(dāng)前研究論文中普遍觀察到的實際現(xiàn)象：即當(dāng)前支撐研究主要方向為限制支撐屈曲，但沒有支撐系統(tǒng)可以完全防止其屈曲；而且能夠進(jìn)行系統(tǒng)的試驗分析，以推動對全鋼防屈曲支撐的理解和應(yīng)用。傳統(tǒng)支撐與防屈曲可控支撐的滯回曲線區(qū)別如圖2-3所示，防屈曲可控支撐在受拉階段時與傳統(tǒng)支撐受力情況一致。受拉過程中支撐發(fā)生彈性變形，隨著荷載的不斷增大，隨后進(jìn)入屈服階段，繼續(xù)卸載之后支撐產(chǎn)生一定的塑性殘余應(yīng)變。而在受壓過程中，傳統(tǒng)支撐自身的幾何缺陷存在導(dǎo)致P-δ效應(yīng)不容忽略[44]，所以在承受較小幅值的壓應(yīng)力加載下也會產(chǎn)生橫向變形，當(dāng)加載到屈服應(yīng)力的過程中，傳統(tǒng)支撐還未達(dá)到全截面屈服就已經(jīng)發(fā)生了屈曲形變，在達(dá)到屈服荷載之后繼續(xù)加壓，支撐抗壓承載能力大幅下降，內(nèi)部積累了較大的殘余變形，?
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2871789