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传统的结构支撑在较大压力下有可能发生屈曲,从而限制了其使用功能和范围。屈曲约束支撑在承受拉力和压力的情况下,表现出相似的滞回性能和优良的耗能能力,在国外逐渐得到了广泛的应用。本文介绍了近些年来发展和应用比较成熟的一些形式的屈曲约束支撑。对近些年来这种支撑在一些主要抗震地区的应用也进行了回顾。对于新建高层钢结构的大量应用案例和已有结构的抗震加固的应用表明,此种支撑的使用前景非常广阔。然而,受制于这种支撑各制造厂家所拥有的专利技术,使得其在国内的应用成本非常高,因此,研制和开发拥有我国自主知识产权的屈曲约束支撑,是屈曲约束支撑在我国应用推广的一个技术关键。
论文从带有理想脱粘结层的外部包覆混凝土轴心受压圆杆的分析出发,给出了屈曲约束支撑整体稳定的刚度准则,指出此组合体的弹性屈曲荷载可以由组成系统的两部分的屈曲荷载的和叠加而成。然而,约束材料仅满足刚度条件并不能保证对中心支撑的可靠约束,还应该满足相应的强度条件。对于屈曲约束支撑设计中屈曲约束单元和支撑单元应该同时满足的刚度条件和强度条件进行了讨论,探讨了不同形式屈曲约束支撑设计应满足的准则。最后给出了设计新型屈曲约束支撑时,其屈曲约束单元和轴心受力单元应同时满足的刚度和强度准则。
本文设计了三种不同截面型式的屈曲约束支撑,研究并试验开发了新型的拥有自主知识产权的屈曲约束支撑。试验表明:各种不同截面形式的屈曲约束支撑均表现出良好的耗能性能,所得滞回曲线饱满。一字形芯材的屈曲约束支撑在整个过程中表现良好。槽钢型屈曲约束支撑芯材试验中,小变形下性能稳定,但是在大变形时出现应力集中,导致连接端部腹板和翼缘局部屈曲,端部连接构造需要进行改进。十字形芯材屈曲约束支撑由于受初始弯曲与初始焊接应力影响较大,在大变形时一连接端弯曲失稳。
建立了四层与十层的分析模型,分别输入三组六条地震波,对屈曲约束支撑框架结构在强地震作用下的地震响应进行了分析研究。结果表明:纯粹的屈曲约束支撑框架在屈曲约束支撑屈服后有形成类似于强梁弱柱的破坏模式,为了改善此种结构在屈曲约束支撑屈服后的性能,增加一定的预备抗弯框架是一个合理的选择。分析结果表明:增加一定的预备框架不但可以减小损伤的集中而且可以大大减少结构的层间位移角。
最后给出了研究的主要结论和建议。