双圆管型全钢防屈曲支撑抗震性能及其应用的研究

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普通支撑框架结构体系在设防烈度地震和罕遇地震作用下,其普通支撑非常容易在地震荷载作用下发生屈曲失稳破坏。为解决普通支撑框架结构体系中的支撑屈曲失稳破坏问题,因此本文提出一种双圆管型全钢防屈曲支撑,该双圆管型全钢防屈曲支撑是通过外部屈曲约束机构(约束外管)抑制核心承力构件(核心管)的塑性变形的耗能支撑。双圆管型全钢防屈曲支撑不仅仅具有良好的承载力和滞回性能,而且具有制作工艺简单、装配便捷和自重轻等优点。当在框架结构中设置双圆管型全钢防屈曲支撑时,该类型防屈曲支撑作为建筑结构的抗震第一道防线首先发生屈服破坏,而剪力墙、梁和柱结构构件作为建筑结构的抗震第二、三道防线,在双圆管型防屈曲支撑屈服破坏后产生塑性铰进行耗能。因此研究双圆管型全钢防屈曲支撑对于建筑结构的应用具有重要的意义。本文通过ABAQUS有限元软件对不同间隙、核心管径厚比以及刚度比的双圆管型防屈曲支撑进行了抗压承载力、滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化曲线的分析,并将双圆管型防屈曲支撑与普通支撑进行力学性能的对比分析。为进一步深化研究,采用SAP2000对框架结构、铰接和刚接防屈曲支撑框架结构进行抗震性能分析,分别采用反应谱分析法和非线性时程分析法对三种不同支撑框架结构进行层间位移比、层间剪力、时程位移和时程加速等进行研究。通过有限元模拟结果表明,本文所设计的双圆管型防屈曲支撑在核心管达到屈服前未产生屈曲失稳破坏,双圆管型防屈曲支撑相比普通支撑更有效提高承力构件的材料利用率,同时防止了核心管的屈曲失稳破坏。随着双圆管型防屈曲支撑的间隙减小,其支撑构件承载力随之增大,其最大抗压承载力比普通支撑承载力超出55.4%,且其最大滞回耗能比普通支撑超出80.2%。随着双圆管型防屈曲支撑核心管的径厚比减小,其支撑构件的承载力随之增大,其TinT-D22.5试件相比TinT-D25.7试件承载力最大增加30.0%,且TinT-D22.5试件总滞回耗能相比TinT-D25.7试件增加13.7%。同样随着刚度比的增加,双圆管型防屈曲支撑的承载力也随之增加,TinT-R7.24试件比TinT-R6.04试件最大增加7.1%,且TinT-R7.24总滞回耗能比TinT-R6.04增加5.5%。此外,通过SAP2000对五种不同结构的分析表明,在框架结构边跨中布置X形式的防屈曲支撑,其双圆管型防屈曲支撑能够有效抑制框架结构的层间位移、层间剪力、时程位移以及时程加速度。在8度地震荷载下铰接和刚接防屈曲支撑在X方向分别为框架结构减小37.5%、44.44%的层间位移比,铰接和刚接防屈曲支撑在Y方向的层间位移比为框架结构最大减小64.7%。铰接和刚接防屈曲支撑框架结构层间剪力比框架结构分别降低了39.6%和44.62%。在Y方向上,铰接和刚接防屈曲支撑框架结构的层间剪力比框架结构分别降低了23.04%和23.57%。由此可知,刚接连接方式相比铰接连接方式抑制框架结构的地震响应效果更好。并且双圆管型防屈曲支撑能够有效抑制框架结构塑性铰的发展,当结构的侧向位移达到极限时,框架结构已发展了238个LS-CP阶段塑性铰,42个C-D阶段塑性铰,而铰接防屈曲支撑框架发展了136个LS-CP阶段塑性铰,2个C-D阶段塑性铰,刚接防屈曲支撑框架发展了140个LS-CP阶段塑性铰。防屈曲支撑为框架结构明显减缓了塑性铰的发展速度。
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