开孔型防屈曲支撑耗能减震性能及应用研究

摘要

在已有的消能减震结构体系研究中,防屈曲支撑是一种耗能效果良好的阻尼器,它利用外围约束构件为耗能构件提供侧向约束,保证支撑具有稳定的滞回耗能性能。本文通过对国内外防屈曲支撑的研究进行了总结,提出了研究开孔型防屈曲支撑,该类支撑核心耗能构件为十字型截面钢杆,杆身部分部位做开孔处理,外围约束构件为矩形钢管。为研究该类支撑的塑性变形性能和耗能减震性能,本文先对支撑的力学性能进行理论分析,接着利用有限元软件ANSYS模拟分析支撑的力学性能,最后结合工程实例分析了支撑在工程应用中的抗震性能,得到的研究结果如下:
　　1.优化设计开孔型防屈曲支撑的构造和材料,减轻了支撑的自重,提高了稳定性。通过分析支撑相关的力学性能理论发现:支撑的整体稳定性由核心钢构件与外包钢管的力学参数控制,局部稳定性由核心钢构件的力学参数确定,局部扭转稳定性由连接构件宽厚比确定。以控制稳定性为目标,结合相关力学平衡方程即可确定支撑相关构件材料参数。
　　2.利用有限元软件ANSYS对支撑进行力学性能进行分析,发现开孔型防屈曲支撑开孔部位先于其他部位进入屈服耗能,开孔部位的塑性变形较大,具有“定位屈服破坏”的性能。此外,不同的开孔条件使支撑的力学性能也有所不同。通过控制开孔条件可以满足实际工程结构不同塑性变形能力的需求,并且支撑在塑性时的滞回曲线较为饱满,具有良好的塑性耗能效果,能基本满足实际工程应用中一般支撑轴向塑性极限变形值为40～70mm的要求。
　　3.给出了开孔型防屈曲支撑应用于框架结构体系的设计方法,并结合工程实例进行了设计。通过对比有、无开孔型防屈曲支撑结构在小震、大震作用下的动力时程响应,发现:结构在增设开孔型防屈曲支撑后,结构的层间位移角均减小至规范的要求之内。小震作用下支撑滞回曲线呈线性,大震作用下呈梭形,支撑的力学性能得到了充分的发挥,展示了良好的抗震性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 防屈曲支撑早期研究及现状

1．2．1 防屈曲支撑的早期研究

1．2．2 防屈曲支撑国内外研究现状

1．3 防屈曲支撑在实际工程中应用现状

1．4 防屈曲支撑研究存在的问题

1．5 本文研究的目的及主要内容

2 开孔型防屈曲支撑的理论分析

2．1 引言

2．2 开孔型防屈曲支撑构造与特点

2．2．1 十字型核心构件

2．2．2 约束构件

2．2．3 间隙与滑动机制单元

2．2．4 连接构件

2．3．1 支撑整体稳定性分析

2．3．2 核心构件局部稳定性分析

2．3．3 连接构件扭转失稳分析

2．3．4 开孔部位对支撑稳定性的影响分析

2．4 开孔型防屈曲支撑的力学模型

2．5 本章小结

3 开孔型防屈曲支撑的有限元分析

3．1 引言

3．2．1 支撑构件参数设计

3．2．2 单元定义

3．2．3 材料定义

3．2．4 加载方式

3．3 开孔型防屈曲支撑有限元分析

3．3．1 支撑塑性变形和有效应力

3．3．2 滞回性能分析

3．4 本章小结

4 开孔型防屈曲支撑结构体系设计方法研究

4．1 引言

4．2．1 十字型核心构件设计

4．2．2 外包钢管设计

4．2．3 连接构件设计

4．2．4 与主体框架结构连接节点设计

4．2．5 构造要求

4．3．2 开孔型防屈曲支撑使用数量的预估

4．3．3 开孔型防屈曲支撑在框架结构中的布置原则

4．3．4 开孔型防屈曲支撑结构的时程分析方法

4．4 开孔型防屈曲支撑在框架结构中设计流程图

4．5 本章小结

5 开孔型防屈曲支撑在某框架结构中应用研究

5．1 引言

5．2．1 工程基本概况

5．2．2 开孔型防屈曲支撑设计与布置

5．3 有限元模型建立

5．3．1 有限元软件

5．3．2 地震波的选取

5．4 时程分析减震效果

5．4．1 多遇地震作用下的弹性时程分析

5．4．2 罕遇地震作用下的弹塑性时程分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果