H形钢屈曲约束支撑的试验与理论研究

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屈曲约束支撑(Buckling-restrained braces,BRB)作为一种新型金属阻尼器,具有滞回性能稳定、耗能能力强、制作成本较低等优点,在国内外得到了越来越多的应用。本文提出了腹板削弱H形钢BRB和端部加强H形钢BRB两种类型的H形钢屈曲约束支撑,通过试验和有限元分析对其滞回性能进行了研究,并对翼缘的屈曲应力进行了理论推导。主要完成的工作如下:(1)、设计了两根腹板削弱H形钢BRB并进行了拟静力试验。试件HWBRB1由于螺栓承载力不足而提前失效,在失效前滞回曲线饱满,累积塑性变形和受压承载力调整系数均满足规范要求。试件HWBRB2的累积塑性变形满足规范要求,在核心部件表面涂抹锂基润滑脂没有达到理想的减小摩擦的效果,受压承载力调整系数超过了规范的最高限值1.3。(2)、试件HWBRB1有限元分析所得的螺栓荷载大于按规范计算出的螺栓的抗拉承载力和螺纹的抗剪承载力,较好的解释了试件HWBRB1的失效原因;将螺栓设置为理想弹塑性,能较好的模拟出HWBRB1的失效状态。(3)、设计了两根端部加强H形钢BRB并进行了拟静力试验,其中,试件HBRB1用槽钢和盖板对H形核心部件翼缘的内外表面都进行了约束,试件HBRB2仅约束了翼缘的外表面。试验结果表明,试件HBRB1有效避免了核心部件发生严重的局部屈曲,试件HBRB2的核心部件发生了严重的局部屈曲。两根试件在失效前滞回曲线均较为饱满,累积塑性变形和受压承载力调整系数均满足规范要求。有限元分析所得的试件的滞回曲线和变形形态均与试验结果较为吻合。(4)、通过有限元分析研究了翼缘局部屈曲对端部加强H形钢BRB性能的影响,为便于计算,将本文提出的端部加强H形钢BRB的约束部件简化为方钢管和方钢管加肋的形式。结果表明:为保证H形钢BRB的整体稳定性,方钢管约束H形钢BRB的约束比宜大于2.03,方钢管加肋约束H形钢BRB宜大于1.82。(5)、对端部加强H形钢BRB核心部件翼缘的屈曲应力进行了理论推导,并分析了翼缘宽度对H形钢BRB滞回性能的影响,结果表明:在其他几何尺寸一定的情况下,翼缘宽度越大,BRB的滞回性能越差。(6)、通过有限元分析,研究了翼缘平面外间隙和翼缘约束段长度对H形钢BRB滞回性能的影响,结果表明:为保证腹板削弱H形钢BRB良好的滞回性能,翼缘平面外间隙宜取1.13mm以上,翼缘约束段长度宜控制在13.4mm以内,翼缘平面外间隙和翼缘约束段长度对端部加强H形钢BRB滞回性能的影响较小。
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