基于國產低屈服點鋼新型開孔式耗能裝置的理論及試驗研究.pdf

1、近年來，地震頻發(fā)，嚴重威脅著人類生命財產安全，如何確保建筑結構在地震作用下的安全性成為土木工程領域中的研究熱點。低屈服點鋼耗能裝置由于具有良好的塑性性能和穩(wěn)定的滯回特性，其在建筑結構減震領域具有廣闊的應用前景。基于已有相關研究成果，本文以低屈服點鋼為主要材料，提出了一種可以兩階段耗能的新型開孔式耗能裝置，并對其開展低周反復加載試驗研究和有限元數(shù)值分析，考察了其在地震作用下的耗能特性，揭示了其耗能機理。
　　借鑒一般耗能裝置的耗能機

2、理，本文利用不同材料和不同形式的耗能板件構成新型開孔式耗能裝置，從機理上實現(xiàn)兩階段耗能目標，并據(jù)此確定了新型開孔式耗能裝置的具體構造，并對組成新型開孔式耗能裝置的單肢耗能鋼片開展了力學性能研究和理論公式推導，獲取了單肢耗能鋼片的屈服位移、屈服荷載和彈性剛度的計算公式。
　　在理論分析基礎上，本文對新型開孔式耗能裝置的材料、單板模型和耗能裝置整體模型分別開展了單向拉伸、單調加載和低周反復加載試驗。首先，對Q235鋼材和低屈服點鋼材進

3、行了單向拉伸試驗，獲得了兩種鋼材的屈服強度、抗拉強度和伸長率等關鍵參數(shù)，給出了兩者的應力—應變關系曲線。其次，對4個單板模型開展了單調加載試驗研究，考察了不同參數(shù)狀態(tài)下單片耗能鋼板的屈服位移，并給出了其荷載—位移曲線，試驗結果表明:不同參數(shù)狀態(tài)下的單片耗能鋼板的屈服位移不同，驗證了新型開孔式耗能裝置具有兩階段屈服的特點。最后，對4個新型開孔式耗能裝置進行了低周反復加載試驗研究，考察了其耗能能力，給出了其滯回曲線、骨架曲線等耗能指標，試驗

4、結果表明:新型開孔式耗能裝置滯回曲線飽滿，延性好，具有良好的耗能能力。
　　針對各個試驗試件，采用有限元軟件ABAQUS建立了準確的有限元模型，進行數(shù)值模擬分析，并將數(shù)值模擬結果與試驗結果進行了對比。對比結果表明:有限元結果與試驗結果吻合較好，兩者在變形形狀、滯回曲線、骨架曲線等方面均較為接近。因此，采用有限元軟件ABAQUS對新型開孔式耗能裝置進行模擬分析是可靠的。
　　利用有限元軟件ABAQUS對新型開孔式耗能裝置進行參

5、數(shù)化分析，考察了耗能鋼板的厚度、高度和開孔系數(shù)對其耗能性能的影響，給出了各個參數(shù)的影響規(guī)律。結果顯示:耗能鋼板的厚度和開孔系數(shù)是影響其力學性能和耗能能力的關鍵參數(shù)，增大厚度和開孔系數(shù)可以提高其耗能能力。結合試驗結果和參數(shù)化分析結果，提出了新型開孔式耗能裝置三折線恢復力模型，并給出了模型中各個參數(shù)的計算公式。
　　針對帶有新型開孔式耗能裝置的平面鋼框架，通過有限元軟件SAP2000進行動力時程分析，考察了耗能裝置的兩階段耗能效果，并