承力可调屈曲约束支撑滞回本构模型及实用设计方法研究

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屈曲约束支撑具有承载能力高和滞回性能优越的特点,已在建筑结构中得到了广泛应用,但已有研究发现屈曲约束支撑会使相邻结构构件产生较大的轴力,易引起相邻构件发生轴向脆性破坏,为此本课题组研发了一种承载力可以调控的新型支撑。新型承力可调支撑构件可以兼顾承力与耗能功能,能够有效提高结构的延性和耗能能力,为深入挖掘承力可调支撑的工作机理,需要对支撑的滞回本构模型进行深入研究,并提出支撑设计方法的依据。为此,本文基于现象滞回本构模型和随动强化模型,推导了承力可调支撑中局部屈曲核心板的现象滞回本构关系,结合承力可调支撑受拉和受压状态下局部屈曲核心板的串联工作原理,建立了承力可调支撑现象滞回本构模型,并提出了实用设计方法。主要研究内容如下:承力可调支撑的工作原理及其构成。为解决承力可调支撑滞回本构模型求解难的问题,本文将承力可调支撑简化为串联工作的受拉局部屈曲核心板和受压局部屈曲核心板,局部屈曲核心板简化为并联工作的屈曲钢板和屈曲约束钢板,将对支撑滞回本构模型的求解,转变为对屈曲钢板现象滞回准则和屈曲约束钢板现象滞回本构关系的求解。据此基于传统支撑现象滞回本构模型,结合屈曲钢板塑性应变、屈曲后受压峰值承载力与屈曲临界承载力比参数识别,推导了屈曲钢板的现象滞回准则并与数值模拟对比,验证了本文提出的屈曲钢板现象滞回准则的精度和有效性,结合屈曲钢板与屈曲约束钢板的变形协调及随动强化模型,提出了屈曲约束钢板的现象滞回本构关系。承力可调支撑滞回本构模型及影响参数。基于屈曲钢板现象滞回准则,以及屈曲约束钢板现象滞回本构关系,设定局部屈曲核心板同圈滞回中受拉峰值承载力等于受压峰值承载力,提出了局部屈曲核心板现象滞回准则,进而类比推导了局部屈曲核心板在逐级循环位移加载下的现象滞回本构关系。通过对核心板塑性应变、屈曲钢板屈曲后受压峰值承载力与屈曲临界承载力比进行参数识别,确定了局部屈曲核心板的现象滞回本构关系。在此基础上,依据承力可调支撑由2组相同的局部屈曲核心板串联的组成原则,在初始受压或受拉状态下,支撑的屈曲承载力均由率先进入塑性的核心板控制。根据局部屈曲核心板的现象滞回准则,结合承力可调支撑总刚度的等效折减,提出了承力可调支撑的现象滞回准则,进而根据局部屈曲核心板的现象滞回本构关系,建立了承力可调支撑的现象滞回本构模型。通过对局部屈曲核心板和承力可调支撑的数值模拟,验证了局部屈曲核心板串联工作、屈曲钢板和屈曲约束钢板并联工作的合理性,以及承力可调支撑滞回本构模型的有效性,为支撑的实用设计方法提供了依据。支撑滞回本构模型试验验证及实用设计方法。通过材性试验明确了试验用钢材的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和塑性应变的取值,代入支撑的现象滞回本构模型并与支撑的拟静力试验结果进行对比,验证了承力可调支撑的滞回本构模型的精度。建立了承力可调支撑的初始刚度、屈曲钢板的屈曲临界承载力、屈曲钢板屈曲后受压峰值承载力与屈曲临界承载力比、屈曲钢板最大受压位移对应承载力与支撑构造参数的映射关系,给出了支撑的设计流程和支撑长细比、屈曲比、初始挠度的建议取值,提出了承力可调支撑的实用设计方法。
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