兩階段工作軟鋼消能器力學(xué)性能理論及試驗研究.pdf

1、軟鋼消能器作為被動減震領(lǐng)域的一種耗能裝置，因其滯回性能良好、安裝更換方便等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計中。近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究開發(fā)了形式多樣的軟鋼消能器，但是他們大多耗能形式單一，無法同時兼顧小震和大震作用。本文基于已有的研究成果，將面外彎曲屈服和面內(nèi)剪切屈服兩種不同的耗能機理有機的結(jié)合起來，提出一種彎剪組合型軟鋼消能器，以實現(xiàn)消能器的兩階段屈服耗能目標(biāo)。面外彎曲型軟鋼消能器相對于面內(nèi)剪切型具有更大的屈服位移，基于這一理論基礎(chǔ)

2、，通過合理設(shè)計彎曲板和剪切板的尺寸和用鋼材料，可以實現(xiàn)耗能裝置的兩階段工作目標(biāo)，本文首先對組成耗能裝置的剪切板和彎曲板分別開展了力學(xué)性能理論研究，推導(dǎo)了剪切板與彎曲板核心性能參數(shù)的理論計算公式。
　　基于單板模型的理論分析，通過有限元分析軟件試算確定彎曲板和剪切板的合理尺寸，并對設(shè)計的彎剪組合型軟鋼消能器建立準(zhǔn)確的邊界條件，進行單調(diào)加載和往復(fù)加載數(shù)值模擬分析，研究其應(yīng)力發(fā)展?fàn)顟B(tài)，得出彎剪組合型軟鋼消能器的第一屈服位移、第二屈服位移

3、、滯回曲線、骨架曲線等參數(shù)，以便設(shè)計試驗構(gòu)件并與試驗結(jié)果進行對比。
　　針對所設(shè)計的耗能裝置開展試驗研究，首先對Q235鋼材和低屈服點鋼材進行了材料性能試驗，得到了兩種鋼材彈性模量、屈服強度、極限強度、伸長率的等核心參數(shù)，確定材料的本構(gòu)關(guān)系。其次，對4個不同參數(shù)的彎剪組合型軟鋼消能器進行了低周往復(fù)加載試驗，并分析其荷載位移曲線及應(yīng)變發(fā)展趨勢，結(jié)果表明彎剪組合型軟鋼消能器的滯回曲線飽滿，耗能能力穩(wěn)定，與有限元計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，兩者在

4、滯回曲線、骨架曲線等方面吻合較好，證明采用有限元軟件對彎剪組合型軟鋼消能器進行模擬分析結(jié)果可信，同時也證明了該型消能器核心性能參數(shù)理論公式的實際可行性。
　　利用有限元軟件ANSYS對彎剪組合型軟鋼消能器進行參數(shù)化分析，分別建立了100個剪切板和80個彎曲板單板模型，考察剪切板和彎曲板厚度、寬度及高度對其性能的影響，并確定了各自屈服位移和屈服后剛度的經(jīng)驗公式，提出彎剪組合型軟鋼消能器的三折線恢復(fù)力模型，并給出了模型核心參數(shù)的計算公