框架-防屈曲支撑(方套圆型)结构的抗震性能研究

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为了提高传统支撑的整体稳定性,提出在受拉和受压作用下都可产生屈服现象并有效抑制支撑的屈曲现象的支撑,即防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace,简称BRB),该支撑能够有效地吸收和耗散地震输入的能量,减小结构的地震响应。目前广泛使用的BRB是由低屈服材料的内核芯材和内填混凝土的外围约束单元组成,但此类防屈曲支撑构件存在施工工艺复杂、自重较大且不利于在大跨度结构中的使用。因此,本文主要研究了一种全钢方套圆型防屈曲支撑构件,改支撑由核心受力内圆管和约束外方管组成,极大程度上改善了现有防屈曲支撑构件存在的弊端。首先对防屈曲支撑的工作原理和组成,并对防屈曲支撑刚度、承载力和整体稳定性进行理论分析,并介绍了设置防屈曲支撑的框架结构反应谱法、时程分析法以及Pushover的基本理论。利用ABAQUS有限元软件,与美国Jay Shen等人对方套圆型防屈曲支撑构件进行的试验进行数值模拟,并将模拟结果和试验结果进行对比,结果存在一定误差,但仍能从整体上反映方套圆型防屈曲支撑的滞回耗能性能和规律,证明防屈曲支撑构件采用有限元数值分析方法是可行的。之后对不同间隙的方套圆型防屈曲支撑的受力过程进行数值模拟,分析了滞回曲线、骨架曲线、刚度退化等抗震性能指标。研究发现:两管之间的间隙大小是影响该构件的整体稳定性的关键因素,并且可以通过影响两管接触面的摩擦作用,从而影响方套圆型防屈曲支撑构件的滞回性能。结合我国抗震设计规范,探讨了框架结构设防目标、支撑布置以及设计流程等方面,基于SAP2000有限元分析软件分别对6层和12层的纯框架结构、传统支撑框架结构、黏滞阻尼器框架结构和方套圆型防屈曲支撑框架结构进行反应谱分析,时程分析以及Pushover分析,研究了框架结构的层间位移角、底层剪力及能量分配的情况。通过对比传统支撑和方套圆型防屈曲支撑对结构抗震性能的影响,发现方套圆型防屈曲支撑的耗能减震性能和黏滞阻尼器相差不大,能够在地震中充当消能减震的第一道防线,提高框架结构的安全性能,达到保护主体框架的目的。
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