全鋼防屈曲支撐的抗震性能及穩(wěn)定性設計方法.pdf

1、防屈曲支撐是一種利用鋼材宏觀上發(fā)生軸向拉壓塑性變形來消耗地震能量的位移相關型阻尼器,同時也是一種宏觀上不會發(fā)生屈曲的鋼支撐抗側力構件,其主要由承受軸力的鋼支撐內芯以及防止內芯屈曲的外包約束構件兩部分組成。由于受到約束構件的外圍套箍作用,在中震和大震作用下,鋼支撐內芯可以在拉壓受力狀態(tài)下全截面充分屈服耗散地震能量而不會發(fā)生大幅值屈曲。這種特殊的受力特性使其可以最大限度地發(fā)揮鋼材良好的耗能能力,避免主體結構在大震中發(fā)生嚴重損傷,因此開展防屈

2、曲支撐耗能減震技術的研究對于提高建筑結構大震不倒甚至大震可修的能力具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　本文主要研究全鋼防屈曲支撐的抗震性能及穩(wěn)定性設計方法,主要研究內容及結論如下:
　　(1)在第2章中,針對傳統(tǒng)焊接十字形內芯防屈曲支撐的缺點,提出一種新型全角鋼防屈曲支撐。首先,通過第一批試驗研究了其抗震性能,分析表明,新型支撐所采用的內芯無焊接技術方案可以很好地解決傳統(tǒng)焊接內芯構造所引起的技術問題和性能問題。最后,分析了試件的破

3、壞模式及支撐端部轉角特點,發(fā)現(xiàn)了鉸接支撐端部的剛體轉動特性。試驗結果表明,支撐內芯外伸段即使在滿足傳統(tǒng)構造要求的前提下依然會較早發(fā)生屈曲破壞,這種破壞模式與支撐端部的剛體轉角有關。
　　(2)在第3章中,針對第一批試驗所發(fā)現(xiàn)的與防屈曲支撐穩(wěn)定性有關的新問題,作者開展了第二批試驗以深入研究支撐端部轉動對內芯外伸段平面內穩(wěn)定性的影響。首先,分析了試件的滯回性能、破壞模式以及支撐端部轉角特性,并發(fā)現(xiàn)了三種支撐端部轉動模式。然后,揭示了內

4、芯外伸段的屈曲破壞機理,以及支撐端部轉角特性與支撐整體彎曲受力特性之間的相關關系,并討論了支撐端部轉動模式的影響因素。最后,分析了支撐端部轉角的基本構成,并提出了剛體轉角變形的計算方法,為后續(xù)相關理論研究奠定基礎。
　　(3)在第4章中,針對第一批和第二批試驗所發(fā)現(xiàn)的新問題以及防屈曲支撐穩(wěn)定性研究的共性問題,提出了考慮節(jié)點轉動的鉸接防屈曲支撐內芯外伸段平面內穩(wěn)定設計方法。首先,在整體剛體轉動變形的基礎上考慮支撐的端部兩點接觸效應推

5、導出內芯外伸段控制截面的彎矩及支撐端部轉角計算公式。然后,利用前兩批試驗結果對理論分析結果進行驗證,分析結果表明,所提出的設計方法可以合理地反映內芯外伸段的壓彎復合受力狀態(tài)。最后,通過理論分析結果對影響內芯外伸段穩(wěn)定性的因素進行了參數(shù)分析,討論了最優(yōu)設計參數(shù)的取值范圍并給出了設計建議,為相關穩(wěn)定性設計提供參考。
　　(4)在第5章中,作者開展了第三批試驗以研究支撐端部轉動對整體穩(wěn)定性的影響。首先分析了試件的滯回性能、支撐端部轉角特

6、性以及約束構件的彎曲受力特性,并討論了支撐端部轉角及轉動模式對整體穩(wěn)定性的影響。試驗中發(fā)現(xiàn)了鉸接支撐端部剛體轉動后會在約束構件端部引起附加端彎矩這一受彎特性,導致支撐在滿足傳統(tǒng)設計要求的前提下仍然提前發(fā)生整體屈曲破壞,表明傳統(tǒng)設計方法是偏于不安全的。然后,揭示了約束構件端部彎矩的產生機理,并提出了端部彎矩的簡化預測方法,為后續(xù)相關理論研究奠定基礎。
　　(5)在第6章中,基于第三批試驗所發(fā)現(xiàn)的新問題以及傳統(tǒng)設計方法存在的關鍵理論問

7、題,提出了鉸接防屈曲支撐平面內整體穩(wěn)定設計方法。首先,提出了判斷端部接觸狀態(tài)的理論與試驗判定方法,確定了支撐的理論分析模型,提出了整體穩(wěn)定設計準則。然后,利用第三批試驗結果對理論分析結果進行驗證,分析表明,所提出的設計準則可以合理地反映端部兩點接觸作用、內芯屈曲以及摩擦力的綜合影響。最后,基于理論分析結果對影響鉸接防屈曲支撐整體穩(wěn)定性的因素進行了參數(shù)分析,總結了最優(yōu)設計參數(shù)的取值范圍并提出了設計建議,為相關穩(wěn)定性設計提供參考。
　

8、　(6)為方便實際應用,作者在第7章中提出了基于彎矩放大系數(shù)的穩(wěn)定性實用設計方法及統(tǒng)一設計方法。首先,提出了彎矩放大系數(shù)的概念,通過多元回歸方法得到了彎矩放大系數(shù)與關鍵支撐參數(shù)之間的相關公式,進一步提出了平面內穩(wěn)定實用設計公式,并以全角鋼防屈曲支撐為例給出了實用設計方法的實現(xiàn)方法。最后,針對實際設計中存在的問題,提出了防屈曲支撐整體穩(wěn)定統(tǒng)一設計方法,該方法可以把不同連接特性、端部構造以及受力特性的防屈曲支撐的整體穩(wěn)定設計進行統(tǒng)一,進一步