钢造双核心预力自复位斜撑发展与验证:耐震实验与有限元素分析

摘要

本研究发展双核心预力自复位斜撑(Self-Centering Brace,简称SCB),是利用斜撑中之预拉力构件束制斜撑中之受压构件,在斜撑受拉与受压下提供自复位能力(在大变形下有回到零残余变形的能力),并利用摩擦消释地震能量;借由两组核心受压构件与两组拉力构件,使斜撑之变形量在拉力构件相同应变下大幅增加(或在相同斜撑变形量下,斜撑之拉力构件应变减少一半).此文章首先说明双核心自复位斜撑力学及理论,并设计及测试三组5350mm长之双核心自复位斜撑,斜撑使用之拉力构件分别为直径22mm、29mm玻璃纤维棒与13mm碳纤维棒.实验结果显示使用预力之双核心自复位斜撑有稳定的能量消释及自复位能力外,耐震性能也能符合AISC (2010)规范针对挫屈束制斜撑要求之最小层间位移角2％前不破坏,并可继续完成在1.5％层间侧位移角下15圈反复载重下无破坏发生;其中两组试体更可再进一步地完成2.5％层间位移角试验而不破坏,最大斜撑轴力约1400 kN.本研究并使用ABAQUS有限元素软件分析试体之行为,分析结果与预测及试验结果符合,并对于预力、摩擦力及不同材质之拉力构件进行参数研究,进一步地了解双核心SCB在不同预力及摩擦力下的抗震消能行为.