套管填充混凝土屈曲約束支撐試驗與應(yīng)用研究.pdf

1、屈曲約束支撐(Buckling-restrained brace，BRB)具有滯回性能穩(wěn)定、耗能能力強、制作方便以及成本低廉等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中。本文針對結(jié)構(gòu)中最常見的套管填充混凝土BRB，首先討論了其設(shè)計與構(gòu)造細節(jié)，通過兩組試件的低周疲勞試驗研究了其滯回性能與耗能能力，并與采用相同核心板的全鋼組裝式BRB的試驗結(jié)果進行對比。其次以部分焊接BRB試件的試驗為基礎(chǔ)討論了BRB中可能出現(xiàn)的因端部局部屈曲導(dǎo)致試件扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，并給出

2、相應(yīng)設(shè)計公式。最后，以單層工業(yè)廠房的抗震加固為例，采用基于彈塑性反應(yīng)譜的框架設(shè)計方法對其進行加固設(shè)計，并用彈塑性動力時程分析法對設(shè)計結(jié)果進行驗證。主要完成的工作如下:
　　(1)討論了套管填充混凝土BRB的設(shè)計細節(jié)，主要包括核心板、無粘結(jié)材料、約束部件及核心板在約束部件內(nèi)的放置形式等，其中約束套管截面的確定應(yīng)考慮構(gòu)件整體穩(wěn)定、平面內(nèi)局部屈曲與平面外局部屈曲條件等。
　　(2)進行了4根套管填充混凝土BRB試件的低周疲勞試驗:

3、試件C-1與C-2試驗結(jié)果表明填充砂漿強度過低會導(dǎo)致套管發(fā)生局部屈曲，對試件性能有較大影響;試件C-3表明端部砂漿的約束對BRB的性能有明顯影響，端部蓋板的失效直接導(dǎo)致砂漿被壓碎;試件C-4避免了上述問題，構(gòu)件滯回性能穩(wěn)定，耗能能力強。進一步，試件C-3與C-4的累積塑性變形分別達到1201與2177，大于AISC建議值200。試件C-3和C-4與全鋼組裝式BRB的試驗結(jié)果對比表明兩種不同約束的BRB滯回性能與耗能能力相當，受壓強度系數(shù)

4、在應(yīng)變幅值較小時比較接近，在應(yīng)變幅值較大時套管填充混凝土BRB的較大，但兩者均小于AISC建議的1.3。
　　(3)為了分析套管填充混凝土BRB端部可能存在的無約束屈服段在受壓時因局部屈曲導(dǎo)致試件發(fā)生扭轉(zhuǎn)的問題，結(jié)合課題組先前開展的3根部分焊接BRB試驗，推導(dǎo)了扭轉(zhuǎn)發(fā)生的臨界應(yīng)力表達式，并給出了相應(yīng)的設(shè)計公式。研究同時表明無約束屈服段自由長度越大，加載位移幅值越大，該段發(fā)生局部屈曲的臨界應(yīng)力越小而實際應(yīng)力越大，越容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在設(shè)

5、計時可根據(jù)本文建議的設(shè)計公式來計算出構(gòu)件無約束屈服段的最大長度，避免扭轉(zhuǎn)失效。ABAQUS有限元模擬結(jié)果表明有限元能夠較好地模擬受壓時核心板的高階屈曲及端部局部屈曲，滯回曲線與試驗曲線吻合較好。
　　(4)以單層工業(yè)廠房為例，基于彈塑性反應(yīng)譜的BRB框架設(shè)計方法，對其進行抗震加固設(shè)計，同時采用彈塑性動力時程分析對結(jié)果進行驗證。分析表明采用基于彈塑性反應(yīng)譜的方法對單層工業(yè)廠房進行加固設(shè)計不僅簡便，并且具有較高精度，能夠滿足工程需求。