全鋼防屈曲支撐的抗震性能及穩(wěn)定性設(shè)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(guān)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(cè)力構(gòu)件,其主要由承受軸力的鋼支撐內(nèi)芯以及防止內(nèi)芯屈曲的外包約束構(gòu)件兩部分組成。由于受到約束構(gòu)件的外圍套箍作用,在中震和大震作用下,鋼支撐內(nèi)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(jié)構(gòu)在大震中發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷,因此開展防屈

2、曲支撐耗能減震技術(shù)的研究對于提高建筑結(jié)構(gòu)大震不倒甚至大震可修的能力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)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(shè)計方法,主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)在第2章中,針對傳統(tǒng)焊接十字形內(nèi)芯防屈曲支撐的缺點(diǎn),提出一種新型全角鋼防屈曲支撐。首先,通過第一批試驗(yàn)研究了其抗震性能,分析表明,新型支撐所采用的內(nèi)芯無焊接技術(shù)方案可以很好地解決傳統(tǒng)焊接內(nèi)芯構(gòu)造所引起的技術(shù)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(zhuǎn)角特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了鉸接支撐端部的剛體轉(zhuǎn)動特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,支撐內(nèi)芯外伸段即使在滿足傳統(tǒng)構(gòu)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(zhuǎn)角有關(guān)。
　　(2)在第3章中,針對第一批試驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的與防屈曲支撐穩(wěn)定性有關(guān)的新問題,作者開展了第二批試驗(yàn)以深入研究支撐端部轉(zhuǎn)動對內(nèi)芯外伸段平面內(nèi)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(zhuǎn)角特性,并發(fā)現(xiàn)了三種支撐端部轉(zhuǎn)動模式。然后,揭示了內(nèi)

4、芯外伸段的屈曲破壞機(jī)理,以及支撐端部轉(zhuǎn)角特性與支撐整體彎曲受力特性之間的相關(guān)關(guān)系,并討論了支撐端部轉(zhuǎn)動模式的影響因素。最后,分析了支撐端部轉(zhuǎn)角的基本構(gòu)成,并提出了剛體轉(zhuǎn)角變形的計算方法,為后續(xù)相關(guān)理論研究奠定基礎(chǔ)。
　　(3)在第4章中,針對第一批和第二批試驗(yàn)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(diǎn)轉(zhuǎn)動的鉸接防屈曲支撐內(nèi)芯外伸段平面內(nèi)穩(wěn)定設(shè)計方法。首先,在整體剛體轉(zhuǎn)動變形的基礎(chǔ)上考慮支撐的端部兩點(diǎn)接觸效應(yīng)推

5、導(dǎo)出內(nèi)芯外伸段控制截面的彎矩及支撐端部轉(zhuǎn)角計算公式。然后,利用前兩批試驗(yàn)結(jié)果對理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,分析結(jié)果表明,所提出的設(shè)計方法可以合理地反映內(nèi)芯外伸段的壓彎復(fù)合受力狀態(tài)。最后,通過理論分析結(jié)果對影響內(nèi)芯外伸段穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了參數(shù)分析,討論了最優(yōu)設(shè)計參數(shù)的取值范圍并給出了設(shè)計建議,為相關(guān)穩(wěn)定性設(shè)計提供參考。
　　(4)在第5章中,作者開展了第三批試驗(yàn)以研究支撐端部轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角特

6、性以及約束構(gòu)件的彎曲受力特性,并討論了支撐端部轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)動模式對整體穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了鉸接支撐端部剛體轉(zhuǎn)動后會在約束構(gòu)件端部引起附加端彎矩這一受彎特性,導(dǎo)致支撐在滿足傳統(tǒng)設(shè)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(shè)計方法是偏于不安全的。然后,揭示了約束構(gòu)件端部彎矩的產(chǎn)生機(jī)理,并提出了端部彎矩的簡化預(yù)測方法,為后續(xù)相關(guān)理論研究奠定基礎(chǔ)。
　　(5)在第6章中,基于第三批試驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的新問題以及傳統(tǒng)設(shè)計方法存在的關(guān)鍵理論問

7、題,提出了鉸接防屈曲支撐平面內(nèi)整體穩(wěn)定設(shè)計方法。首先,提出了判斷端部接觸狀態(tài)的理論與試驗(yàn)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(shè)計準(zhǔn)則。然后,利用第三批試驗(yàn)結(jié)果對理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,分析表明,所提出的設(shè)計準(zhǔn)則可以合理地反映端部兩點(diǎn)接觸作用、內(nèi)芯屈曲以及摩擦力的綜合影響。最后,基于理論分析結(jié)果對影響鉸接防屈曲支撐整體穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了參數(shù)分析,總結(jié)了最優(yōu)設(shè)計參數(shù)的取值范圍并提出了設(shè)計建議,為相關(guān)穩(wěn)定性設(shè)計提供參考。
　

8、　(6)為方便實(shí)際應(yīng)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(shí)用設(shè)計方法及統(tǒng)一設(shè)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(guān)鍵支撐參數(shù)之間的相關(guān)公式,進(jìn)一步提出了平面內(nèi)穩(wěn)定實(shí)用設(shè)計公式,并以全角鋼防屈曲支撐為例給出了實(shí)用設(shè)計方法的實(shí)現(xiàn)方法。最后,針對實(shí)際設(shè)計中存在的問題,提出了防屈曲支撐整體穩(wěn)定統(tǒng)一設(shè)計方法,該方法可以把不同連接特性、端部構(gòu)造以及受力特性的防屈曲支撐的整體穩(wěn)定設(shè)計進(jìn)行統(tǒng)一,進(jìn)一步