易修復(fù)偏心支撐框架性能與設(shè)計方法研究.pdf

1、偏心支撐框架(Eccentrically Braced Frames)兼具純框架延性好和中心支撐框架強(qiáng)度剛度高的優(yōu)點，強(qiáng)震下通過耗能梁段(Link)塑性變形耗能減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)，是高烈度地區(qū)高層鋼結(jié)構(gòu)首選結(jié)構(gòu)體系之一。但由于耗能梁段自身是框架梁的一部分，因此震后往往難以修復(fù)和更換，嚴(yán)重影響了偏心支撐鋼框架震后的功能恢復(fù)。為提高偏心支撐框架震后功能可恢復(fù)性，本文結(jié)合某實際工程提出了高強(qiáng)鋼外框與軟鋼腹板相互獨立、并聯(lián)工作，且軟鋼腹板可更換的新型

2、耗能梁段，并進(jìn)行了試驗和數(shù)值解析研究，主要完成的工作和成果如下:
　　(1)進(jìn)行了四個可更換耗能梁段試件擬靜力往復(fù)加載試驗，結(jié)果表明剪力作用下可更換腹板軟鋼板率先進(jìn)入塑性耗能，一定轉(zhuǎn)角變形下高強(qiáng)鋼翼緣基本保持在彈性階段，初步設(shè)計的可更換耗能梁段承載能力滿足工程需求并具備一定的滯回耗能能力。試驗中D形試件內(nèi)端板無螺栓約束段翹曲變形;K形試件連接蓋板滑移，并造成試件剛度和承載力下降且滯回曲線捏縮，表明連接部位受力狀態(tài)對可更換耗能梁段整

3、體力學(xué)性能影響顯著，應(yīng)在復(fù)合受力狀態(tài)下嚴(yán)格設(shè)計校核。
　　(2)通過ABAQUS對可更換耗能梁段建立精細(xì)化有限元模型，其中連接部位建立高強(qiáng)螺栓實體并施加預(yù)緊力。有限元模型能夠較好地反映可更換耗能梁段各部件在循環(huán)加載過程中的力學(xué)行為，其中K型試件連接蓋板滑移和D型試件內(nèi)端板無螺栓約束段翹曲變形等試驗現(xiàn)象均得到較好模擬，且滯回曲線與試驗曲線總體較為吻合。
　　(3)對初步設(shè)計的可更換耗能梁段構(gòu)型進(jìn)行優(yōu)化，并通過數(shù)值模擬和擬靜力往

4、復(fù)加載試驗進(jìn)行驗證。結(jié)果表明，構(gòu)型優(yōu)化后的可更換耗能梁段滯回曲線飽滿穩(wěn)定，耗能能力強(qiáng)，合理設(shè)計的端板螺栓連接在剪力和彎矩共同作用下能有效保持在彈性階段。高強(qiáng)鋼外框腹板弱化后，其在彎曲變形中保持彈性的能力顯著增強(qiáng)，相同轉(zhuǎn)角變形下軟鋼腹板移除后耗能梁段殘余變形明顯減小。較短的BLY160軟鋼腹板可更換耗能梁段超強(qiáng)系數(shù)至少達(dá)到1.99，明顯高于Popov等的建議值;可更換腹板內(nèi)翼緣角焊縫撕裂是其主要失效模式之一。同時，就關(guān)鍵參數(shù)對可更換耗能梁

5、段力學(xué)性能的影響進(jìn)行了數(shù)值分析，給出了可更換耗能梁段設(shè)計公式和建議。
　　(4)基于構(gòu)造優(yōu)化的可更換耗能梁段，提出易修復(fù)偏心支撐框架雙重結(jié)構(gòu)體系，并通過理論分析提出其設(shè)計原則。在ABAQUS中建立了易修復(fù)偏心支撐框架多尺度有限元模型，其中可更換耗能梁段采用實體單元建模，框架梁、柱和支撐采用梁單元劃分，并通過MPC約束對不同類型單元自由度進(jìn)行耦合。靜力推覆分析和彈塑性動力時程分析結(jié)果表明，采用剪切屈服型可更換耗能梁段的易修復(fù)偏心支撐

6、框架，其整體剛度主要由框架梁、柱和支撐貢獻(xiàn)，可更換耗能梁段彈性剛度變化對結(jié)構(gòu)基本周期和總水平地震作用影響不大。高強(qiáng)鋼的使用有效提高了主體框架在地震作用下保持彈性的能力，使結(jié)構(gòu)損傷基本集中在耗能梁段可更換腹板軟鋼板上;高強(qiáng)鋼主體框架在經(jīng)歷較大變形后仍能有效提供彈性恢復(fù)力，從而顯著減小了腹板移除前后結(jié)構(gòu)的殘余變形;在一定的變形范圍內(nèi)，當(dāng)受損腹板完全移除后，結(jié)構(gòu)將基本實現(xiàn)“自復(fù)位”，使軟鋼腹板可以迅速方便地進(jìn)行更換。實際強(qiáng)震作用下，合理設(shè)計的