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经过已有的研究和工程运用实例证明,防屈曲支撑是一种有效的阻尼器,它通过支撑外围屈曲约束机构提供的侧向变形约束来避免核心构件受压失稳,从而得到良好的滞回耗能性能。该项技术在美国、日本以及我国台湾地区已经得到较为广泛的研究和应用,我国大陆地区由于技术及材料等各方面的原因,起步较晚,对于现有的一些防屈曲支撑尚存在一些问题,需要进一步进行研究。
在此基础之上,本文提出一种新型防屈曲支撑,该类支撑采用全钢结构,外围屈曲约束机构采用外套钢管内壁焊接全长范围内的纵向加劲,核心构件采用一字型截面。为研究该类纵向加劲防屈曲支撑的减震性能,本文先后对其进行了力学性能理论分析、ANSYS有限元数值模拟、钢材的材料性能试验和构件力学性能试验以及防屈曲支撑框架结构体系在罕遇地震作用下的时程响应分析,并得出以下相关结论:
1、根据杆件的稳定性理论,在保证支撑不发生整体失稳、核心构件不发生单独失稳、连接段不发生扭转失稳的前提下,进行纵向加劲防屈曲支撑的截面设计,并根据现有的研究,结合本文所设计支撑的实际情况,确定合理的核心构件宽厚比以及核心构件与外围屈曲约束机构间的间隙大小。
2、对纵向加劲防屈曲支撑进行ANSYS数值模拟,在进行非线性屈曲分析的过程中,同时考虑材料、几何、接触三大非线性以及初始几何缺陷,并通过核心构件的有效应力、侧向变形变形及承载力分析,考察不同约束比对支撑力学性能的影响;有限元分析所得的支撑滞回曲线饱满,无明显捏缩现象,具有试验及工程应用的可行性。
3、对经过有限元分析后力学性能较好的支撑进行力学性能试验,试验分为标准加载和循环加载两种。试验结果显示:
1)纵向加劲防屈曲支撑具有良好的滞回耗能性能,在经历标准加载以及30圈循环加载后,支撑没有出现明显的疲劳现象,说明该类支撑具有一定的工程应用前景。
2)满足设计及构造要求的支撑端部仍是整个防屈曲支撑中最易发生破坏的部位,应在实际工程中予以特别加固。此外,支撑加工过程中间隙的控制以及安装过程中连接段对中都对支撑的力学性能有较大影响,处理不当,甚至引起支撑的破坏。
3)加载速率越快,支撑的承载力和变形能力下降地越快,实际工程应用中应考虑结构遭遇罕遇地震时支撑受力性能的这一不利变化,并在设计阶段对该变化予以考虑。
4)弹性刚度、塑性刚度、屈服荷载与位移以及耗能指标等试验结果与理论分析以及有限元分析结果吻合很好,偏差不超过国内外相关标准规范限值。
4、利用SAP2000对偏心支撑框架结构体系和防屈曲支撑框架结构体系进行两种罕遇地震作用下的时程分析,对比两者的计算结果表明:后者的地震响应较前者有所降低;支撑在结构中的布置沿楼层高低顺序可以采用变截面的形式。