低屈服點(diǎn)鋼剪切板耗能元件受力性能研究.pdf

1、低屈服點(diǎn)鋼剪切板耗能元件具有良好的耗能能力，可以消耗輸入結(jié)構(gòu)中的大部分地震能量，減輕地震給結(jié)構(gòu)帶來(lái)的災(zāi)害。該類型的耗能元件易屈服，相對(duì)尺寸較小，能夠獲得較大的耗能能力，并且造價(jià)低廉，在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)構(gòu)造形式的剪切板耗能元件有著非常明顯的缺陷，即易發(fā)生面外局部失穩(wěn)和整體扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。為了考察面外初始缺陷對(duì)低屈服點(diǎn)鋼剪切板耗能元件屈曲后穩(wěn)定性的影響并解決傳統(tǒng)構(gòu)造形式的剪切板耗能元件的局部屈曲失穩(wěn)和整體扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)問(wèn)題，本文對(duì)低屈

2、服點(diǎn)鋼剪切板耗能元件試件進(jìn)行了低周往復(fù)循環(huán)荷載試驗(yàn)，同時(shí)利用有限元軟件對(duì)具有側(cè)翼緣板和鋼筋混凝土約束板的剪切板耗能元件進(jìn)行參數(shù)化分析并提出相應(yīng)的極限承載力和初始剛度計(jì)算公式。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?、賹?duì)以低屈服點(diǎn)鋼LYP-160制作的試驗(yàn)試件用液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測(cè)試，獲得試驗(yàn)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線、彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率等一系列材料機(jī)械性能指標(biāo)，為數(shù)值模擬分析提供材料的原始數(shù)據(jù)。
　?、跒榭疾?/p>

3、面外初始缺陷、腹板寬厚比和鋼筋混凝土約束板對(duì)剪切板耗能元件屈曲后穩(wěn)定性的影響，設(shè)計(jì)并制作了1個(gè)傳統(tǒng)工字鋼低屈服點(diǎn)剪切板耗能元件和3個(gè)具有不同面外初始缺陷的低屈服點(diǎn)鋼剪切板耗能元件試件的低周往復(fù)循環(huán)荷載試驗(yàn)，觀察并獲得鋼剪切板耗能元件的破壞模式和水平力-位移試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行剪切板耗能元件的破壞形態(tài)、最終變形云圖、滯回曲線、骨架曲線、耗能曲線、等效粘滯阻尼系數(shù)曲線、多次循環(huán)承載力退化系數(shù)曲線和剛度退化系數(shù)等方面的分析與總結(jié)。結(jié)果表明：面外初始

4、缺陷對(duì)剪切板耗能元件的受力性能有著顯著的影響，鋼筋混凝土約束板可有效抑制剪切板耗能元件的面外局部屈曲變形，翼緣板可有效抑制剪切板耗能元件的整體扭轉(zhuǎn)屈曲變形，從而改善剪切板耗能元件的耗能能力。
　?、劾玫颓c(diǎn)鋼準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于有限元分析軟件ABAQUS，對(duì)剪切板耗能元件試驗(yàn)試件進(jìn)行有限元模擬分析，獲得試驗(yàn)試件的數(shù)值分析滯回曲線和骨架曲線，與試驗(yàn)得出的相應(yīng)曲線進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，提出一種同時(shí)設(shè)置側(cè)翼緣板和鋼筋混凝土約束板的優(yōu)

5、化構(gòu)造形式。結(jié)果表明：兩者滯回曲線總體吻合較差，骨架曲線總體吻合良好,特別是極限承載能力。優(yōu)化后的低屈服點(diǎn)鋼剪切板耗能元件具有穩(wěn)定、持續(xù)的耗能能力。
　?、転榱诉M(jìn)一步研究具有優(yōu)化構(gòu)造形式的剪切板耗能元件的消能減震性能，利用有限元分析軟件對(duì)剪切板耗能元件進(jìn)行參數(shù)化分析，詳細(xì)研究剪切板耗能元件面外初始缺陷大小、腹板寬厚比、鋼筋混凝土約束板和側(cè)翼緣板形狀、材料強(qiáng)度等對(duì)剪切板耗能元件極限承載力和初始剛度的影響。并提出剪切板耗能元件的極限承

6、載力和初始剛度的計(jì)算公式。結(jié)果表明：剪切板耗能元件面外初始缺陷、腹板寬厚比、鋼筋混凝土約束板形狀、側(cè)翼緣板形狀和材料等都對(duì)剪切板耗能元件的極限承載能力和初始剛度有著不同程度的影響；本文擬合的計(jì)算公式準(zhǔn)確、可靠，可以為工程設(shè)計(jì)者提供必要的參考。
　　本文對(duì)剪切板耗能元件的研究具有創(chuàng)新性，其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　?、僭诠こ虒?shí)踐中，作者發(fā)現(xiàn)由于剪切板為平鋼板，在生成、運(yùn)輸或安裝過(guò)程中，經(jīng)常產(chǎn)生不同程度的初始缺陷，將對(duì)剪切板的耗能能力

7、尤其是屈服后的面外穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此本文以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，對(duì)有限數(shù)量的試件施加完全不同的初始條件，得到完全不同初始條件下剪切板的受力性能的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
　　②帶有加勁肋的傳統(tǒng)形式剪切板耗能元件只能約束鋼板局部的變形，而鋼筋混凝土約束板可以約束整個(gè)約束板內(nèi)鋼板的變形，改變鋼板屈曲的位置，從而提高剪切板耗能元件的承載力和耗能能力，同時(shí)翼緣板可有效抑制剪切板的整體扭轉(zhuǎn)屈曲，但較為浪費(fèi)材料,因此，作者采用在剪切板兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土約束