带延性铸造件的装配式防屈曲支撑试验研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaochouya87
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特殊中心支撑框架(SCBF)是一种具有良好抗震性能的结构体系。在传统的结构设计中,防屈曲支撑和框架连接采用焊接节点板连接。历次震害证明,焊接节点板在往复地震作用下,节点板处的焊缝易发生脆性破坏,迫使防屈曲支撑提前退出工作,降低了结构的承载力而导致破坏。为了解决上述问题,本文提出一种带延性铸造件的装配式防屈曲支撑,该支撑由铸造件和装配式防屈曲支撑通过角钢高强螺栓连接构成。该支撑有以下几个优点:第一,引入铸造件代替传统节点板连接,避免了在地震作用下SCBF节点域处的应力集中,确保了结构传力的可靠性;第二,铸造件具有强度高、塑性好,能抵御低周疲劳破坏等优点,因此将铸造件作为一种耗能元件引入框架支撑两端,在多遇地震作用下作为普通支撑为钢框架提供抗侧刚度,在罕遇地震作用下充当阻尼器,将塑性变形累积到铸造件,耗散地震能量;第三,铸造件作为可替换元件,利于在震后快速修复,降低修复成本,使结构快速恢复抗震性能;第四,相比使用了混凝土、砂浆等无黏结隔离材料的传统防屈曲支撑,装配式防屈曲支撑大幅度缩减了生产周期,简化了施工工艺,实现了现场装配的目的。为得到该支撑的承载能力、初始刚度、耗能性能等力学性能,本文通过对20个带延性铸造件的装配式防屈曲支撑进行数值模拟以及对6个试件进行循环加载下试验研究,将试验结果与有限元模拟结果进行对比,得到结论如下:1)试验和数值模拟的骨架曲线变化趋势一致,均有弹性阶段、弹塑性阶段及塑性阶段;刚度退化曲线基本相似,均呈现出前期刚度退化较快,后期趋于平缓的趋势。整个过程铸造件受力稳定,小卡套约束耗能段效果明显,没有发生弯扭失稳,而试件最终破坏模式为相对薄弱的装配式防屈曲支撑发生了强度破坏。装配式防屈曲支撑能实现快速安装以及拆卸,从而验证了防屈曲支撑装配式的可行性。2)试验和数值模拟应力应变分布基本相同,试件各部位屈服先后顺序:铸造件耗能段>装配式防屈曲支撑>各连接部位,说明铸造件实现了在SCBF中产生可控的塑性铰。试件的变形满足支撑的循环变形能力,满足相应结构层间位移角《建筑抗震设计规范》GB50010的“1/50的弹塑性层间位移角限值”要求。3)试验和数值模拟的滞回曲线变化趋势一致,试验所得能量耗散系数E均大于2.0,而数值模拟下的能量耗散系数略大些,说明该支撑有良好的耗能性能。小于1的轴力超强系数n越大,则承载力越高,抗震性能较好;大于1后,则性能提升不明显,根据大量的数值模拟结果以及试验结果,试件轴力超强系数的设计取值范围在0.85~0.95,铸造件耗能段的设计取值为铸造件长度的30%~40%。4)根据结合试验得到的骨架曲线和数值模拟结果,建立了带延性铸造件的装配式防屈曲支撑的恢复力模型,即三折线模型。通过对带延性铸造件的装配式防屈曲支撑进行试验和数值模拟研究,说明该新型支撑能够较好地耗散地震能量,具有较好的抗震性能。
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