论文部分内容阅读
全钢装配式屈曲约束支撑由于重量轻、装卸方便、抗震性能好等优势,越来越受到学界的关注。屈曲约束支撑的设计方法已日趋成熟,但目前对于全钢装配式屈曲约束支撑螺栓设计尚无成熟的方法,因此推导高强螺栓设计方法是十分重要的。实验室检测屈曲约束支撑性能的加载速率尚无统一的标准,而拉伸试验表明钢材性能受拉伸速率的影响较大。本文对屈曲约束支撑试件进行变速率往复加载试验,并分析试验数据,发现加载速率对支撑性能确有影响。支撑受压时往往会出现芯材表面磨损的现象,究其根源,是核心单元与约束单元直接接触所致。无黏结层对于支撑抗震性能影响显著,而已有的研究均集中于柔性无粘结层,主要为沥青、橡胶等材料。刚性无黏结层对于支撑性能影响的研究尚不多见,而且刚性无黏结层与约束单元的紧固也尚无有效的方法。为了针对性地解决上述问题,本文通过理论、试验、有限元等方法主要研究了以下内容:(1)总结归纳了全钢装配式屈曲约束支撑核心单元与约束单元设计方法,运用已有的核心单元整体稳定及局部稳定理论和T形构件受拉理论推导了高强连接螺栓的选取原则,本文考虑芯材强轴方向屈曲对高强连接螺栓的影响,得出了高强螺栓在拉剪共同作用下的设计方法,并推导了芯材沿强轴方向发生多波屈曲的条件。(2)由于钢材力学性能受拉伸速率影响显著,因此推测屈曲约束支撑性能亦受加载速率影响。本文设计了4根尺寸和吨位相同的屈曲约束支撑试件,进行低周往复加载试验,其加载速率逐步增大,分析试验数据发现加载速率对支撑的抗震性能有明显影响。随着加载速率的增加,其拉压不平衡系数增大,滞回曲线的稳定性降低,疲劳性能降低。给出了实验室检测屈曲约束支撑性能的加载速率建议值,即支撑核心单元的应变速率不宜大于钢材拉伸试验规范的上限值0.0025s-1。(3)支撑受压性能与受拉性能的差异,主要取决于芯材与约束单元之间的摩擦力,无黏结层的摩擦系数是影响摩擦力的重要因素。本文研究支撑整体性能之前,测定了钢板与无黏结材料之间的摩擦系数,即钢板-钢板、钢板-沥青自粘防水卷材、钢板-聚四氟乙烯板、钢板-改性聚四氟乙烯板接触面之间的摩擦系数。并分析了摩擦系数与相对位移,正压力之间的关系。试验结果表明,硬度相近且表面粗糙的接触面之间相对滑动会使接触面的粗糙程度迅速增加,耐磨性能较差,所以支撑设计时应避免此种情形。上述试验数据为下文对全钢装配式屈曲约束支撑进行数值分析提供了材性参数。(4)为进一步研究无黏结层对全钢装配式屈曲约束支撑性能的影响,改善支撑受压性能,本文尝试了刚性无黏结材料,并与柔性无黏结材料对比。设计了4根试件,无黏结层依次为不设置无黏结层、沥青自粘防水卷材、聚四氟乙烯板、改性聚四氟乙烯板,对试件进行低周往复试验,分析了无黏结层对支撑的失效模式、滞回性能、骨架曲线、拉压不平衡系数、等效粘滞阻尼比和疲劳性能的影响。结果表明柔性无黏结层与刚性无黏结层均可显著改善支撑的抗震性能,对于刚性无黏结层,摩擦系数越小,支撑的抗震性能越好。除此之外,沉头螺钉紧固内衬板作为无黏结层的构造形式是合理的,这为支撑的设计提供新的选择。(5)在试验的基础上,运用有限元软件ABAQUS对BRB1、BRB3、BRB4建立有限元模型进行分析,并采用当量长度法结合欧拉公式验证了数值方法的可靠性。数值模拟结果与试验基本一致,表明试验和数值分析结果是正确的。并进一步探究了摩擦系数、螺栓间距等参数对支撑性能的影响。