采用碳纖維與玄武巖纖維包裹裝配式防屈曲支撐性能研究.pdf

1、防屈曲支撐以其良好的穩(wěn)定性能和滯回耗能能力越來越多地為工程界所接受,并且構(gòu)造更為合理、性能更為優(yōu)良的構(gòu)件不斷地提出。本文采用碳纖維與玄武巖纖維作為包裹約束材料研發(fā)了新型裝配式防屈曲支撐,并通過試驗與有限元分析對其性能進行了研究。
　　首先,采用碳纖維與玄武巖纖維作為包裹約束材料的新型防屈曲支撐一方面在震后的易于修復(fù),可通過剖開纖維材料分離外包約束構(gòu)件來替換受損的內(nèi)芯;另一方面纖維布作為外包材料也解決了外包鋼管耐腐蝕性差的問題。本文

2、對新型防屈曲支撐從穩(wěn)定性及強度兩方面進行設(shè)計及驗算,包括整體穩(wěn)定性驗算、局部穩(wěn)定性驗算、整體屈曲強度驗算、局部屈曲強度驗算等。通過驗算發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計的防屈曲支撐滿足穩(wěn)定性與強度要求。
　　其次,基于有限元分析軟件ABAQUS采用實體單元建立了防屈曲支撐的有限元模型,對利用已有的試驗結(jié)果對有限元模型進行驗證。對影響防屈曲支撐性能的參數(shù)進行分析,其中包括:內(nèi)核單元的初始缺陷、內(nèi)核單元與約束單元之間的摩擦系數(shù)、內(nèi)核單元與約束單元的間隙、內(nèi)

3、核單元寬厚比、纖維包裹材料的彈性模量等。通過參數(shù)分析發(fā)現(xiàn):試件的性能受初始缺陷的影響較小;摩擦系數(shù)主要影響防屈曲支撐拉壓承載力的差值,是造成構(gòu)件承載力不平衡的主要原因;約束比是影響防屈曲支撐整體穩(wěn)定性能的關(guān)鍵因素,而內(nèi)核單元與約束單元的間隙是是內(nèi)核單元發(fā)生多波屈曲的主要原因,二者都會直接影響到防屈曲支撐滯回曲線的飽滿程度;寬厚比是影響防屈曲支撐承載力及屈曲模態(tài)的重要參數(shù),較小的寬厚將使得防屈曲支撐發(fā)生雙軸方向失穩(wěn);外包纖維材料的彈性模量

4、是影響防屈曲支撐性能的重要參數(shù),較小的彈性模量將導(dǎo)致間隙值的局部增加,使得滯回曲線不夠飽滿。對于本文研究的新型防屈曲支撐,當構(gòu)件約束比較大時,其滯回性能較好,并且當內(nèi)核單元與約束單元的間隙為0.5mm時,構(gòu)件曲線最為飽滿。
　　最后,通過8個新型防屈曲支撐試件往返荷載作用下的擬靜力試驗,研究了防屈曲支撐在不同加載方式下、采用不同包裹材料以及長細比不同時的性能。試驗結(jié)果表明,采用不同包裹材料的試件,由于內(nèi)核單元多波屈曲的形成,導(dǎo)致約

5、束單元中的包裹材料發(fā)生變形,內(nèi)核單元與約束單元之間的間隙加大,最終使得防屈曲支撐在受壓時,其滯回曲線表現(xiàn)為力的“跳動”。在采用幅值不斷增大的循環(huán)荷載附加疲勞加載的加載方案下,試件在最終破壞發(fā)生在內(nèi)核單元屈服段的中間部位;在采用幅值不斷增大的循環(huán)荷載并且不限制最大幅值的加載方案下,試件的最終破壞位置發(fā)生在屈服段與非屈服段的連接處。對采用碳纖維與玄武巖纖維包裹的裝配式防屈曲支撐基于ABAQUS進行有限元分析,有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好

6、。有限元分析中構(gòu)件的應(yīng)力云圖反映了構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài),并據(jù)此可判斷構(gòu)件的破壞位置,與試驗中構(gòu)件的破壞位置一致;有限元分析與試驗研究得到的防屈曲支撐的滯回曲線與骨架曲線基本重合。
　　兩種碳纖維布具有很好的約束效果,可以有效的抵抗來自內(nèi)核單元施加的側(cè)向推力。兩種碳纖維布可以很好地起到連接約束裝配式防屈曲支撐兩部分外包約束單元的作用。試驗結(jié)果也表明增強纖維材料的約束效果,采用更為嚴密的包裹方式并適當增加纖維材料的包裹層數(shù),會起到提高裝配式