發(fā)布時間：2020-06-17 18:08

【摘要】：屈曲約束支撐(buckling restrained brace,BRB)作為消能減震技術(shù)中的一種耗能構(gòu)件,具有普通支撐和金屬耗能阻尼器的雙重功能。經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展,越來越多的新型防屈曲支撐相繼涌現(xiàn),目前正向新型材料、新結(jié)構(gòu)形式、便于生產(chǎn)施工以及具有更加優(yōu)越的耗能和減震復(fù)位能力等方向發(fā)展。鎂合金是一種重量輕、強度高、變形能力強的材料,已經(jīng)在軍工、航空、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在土木工程領(lǐng)域,鎂合金材料的應(yīng)用還需拓展,在前期鎂合金應(yīng)用于防屈曲支撐可行性研究的基礎(chǔ)上,論文研究了鎂合金屈曲約束支撐的有限元建模和簡化建模方法,探討了此類支撐耗能減震特性及其影響因素,對比了支撐對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響及規(guī)律。主要工作和結(jié)論主包括:(1)介紹了防屈曲支撐的組成及工作原理,以及支撐芯材的混合強化本構(gòu)模型。采用Abaqus有限元模型精細化模擬了兩種不同截面類型的鋼芯材防屈曲支撐,并對比了力—位移滯回曲線、骨架曲線等分析結(jié)果與實驗結(jié)果吻合程度,驗證了論文建模方法的正確性,同時也表明支撐芯材采用混合強化模型的本構(gòu)關(guān)系可對支撐實現(xiàn)較好模擬。(2)根據(jù)GW83鎂合金的低周疲勞試驗所得到的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系曲線,用混合強化本構(gòu)參數(shù)對其進行標定,通過采用標定參數(shù)的有限元模型對實驗曲線進行模擬驗證了標定結(jié)果的準確性。提出了防屈曲支撐性能評價的相關(guān)指標以及計算方法,設(shè)計了鎂合金防屈曲支撐以及鎂合金—鋼組合內(nèi)芯防屈曲支撐,并且針對鎂合金—鋼組合內(nèi)芯防屈曲支撐進行了鎂合金芯材長度和面積的參數(shù)化分析,并與純鋼芯材支撐的性能進行了對比。結(jié)果表明:鎂合金材料比鋼材具有更強的塑性變形能力以及更明顯的塑性強化特征,每級加載下鎂合金支撐的阻尼比均遠遠小于純鋼支撐,耗能能力遠不及純鋼支撐;但是鎂合金支撐在每級加載下剛度衰減緩慢,具有比純鋼支撐更穩(wěn)定的剛度特征;在綜合考慮支撐的耗能以及復(fù)位能力兩個重要因素下,對于串聯(lián)建議鎂合金長度與支撐約束屈服段的長度比例取小于0.3,對于并聯(lián)支撐建議鎂合金芯材的橫截面積與純鋼芯材的面積比取大于0.5。(3)提出了針對串聯(lián)支撐模擬的本構(gòu)參數(shù)修正方法和針對并聯(lián)支撐兩端添加彈簧單元的建模方法,將串聯(lián)以及并聯(lián)支撐同時簡化為桿單元和“三段式”的梁單元并與精細化模擬結(jié)果進行對比,結(jié)果表明:兩種方法均與精細化結(jié)果吻合得很好,均能滿足工程精度要求;采用桿單元模擬串聯(lián)支撐需要依據(jù)支撐構(gòu)件試驗或者精細化模擬的結(jié)果對支撐本構(gòu)參數(shù)進行修正,而采用三段式模擬兩種支撐時無需進行本構(gòu)參數(shù)的修正,但其建模過程較為復(fù)雜。綜合考慮精度以及便于工程應(yīng)用,本文采用將支撐簡化為桿單元的方法。(4)以一個建于高烈度區(qū)的實際碎煤機室建筑結(jié)構(gòu)為例,在第一層以及第五層角柱位置,沿結(jié)構(gòu)兩個主軸方向采用初始剛度相等的原則分別布置純鋼支撐,串聯(lián)支撐(長度比0.3),以及并聯(lián)支撐(面積比1.0)。通過彈塑性時程分析,對比分析了各種支撐性能差異及其對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明:并聯(lián)支撐在減小結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)、減小結(jié)構(gòu)殘余變形、保護主體結(jié)構(gòu)等方面均優(yōu)于串聯(lián)以及純鋼支撐,從而驗證了此類支撐兼具耗能及復(fù)位的雙重功能。論文的創(chuàng)新點可歸納為:(1)確定了鎂合金材料的混合強化本構(gòu)參數(shù),為鎂合金運用到防屈曲支撐以及其他工程結(jié)構(gòu)上提供數(shù)據(jù)參考。(2)基于Abaqus精細化有限元分析結(jié)果,提出了串聯(lián)以及并聯(lián)鎂合金—鋼組合內(nèi)芯防屈曲支撐的長度比以及面積比設(shè)計取值建議,為后續(xù)的實驗研究提供理論指導;(3)提出了串聯(lián)以及并聯(lián)鎂合金-鋼組合內(nèi)芯防屈曲支撐,在保證精度的前提下便于工程運用的簡化建模方法;(4)對一個實際工程結(jié)構(gòu)進行串聯(lián)以及并聯(lián)支撐罕遇地震反應(yīng)分析,驗證了加入鎂合金的支撐比普通純鋼支撐有更強的耗能及減震復(fù)位能力。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU352.1;TU39
【圖文】：

QUS 6.11-1 的 ABAQUS/Standard 完成有限元分析。先介紹了防屈曲支撐組成、常用的截面形式以及其工作原理建模的流程以及提出了相關(guān)注意事項來避免模型發(fā)散等問題曲支撐所用混凝土以及鋼材的本構(gòu)模型，詳細列出的鋼材循的方法，由于文獻[37,38]中所涉及到的兩種不同截面類型和不支撐試件目前僅有對其進行試驗的研究成果，并沒有相應(yīng)的于此，本章根據(jù)其支撐的試驗結(jié)果，對該兩種屈曲約束限元精細化模擬來驗證建模方法的正確性，對比了的力-位移互相驗證分析結(jié)果的可靠性，為下一章的鎂合金防屈曲支撐論及技術(shù)基礎(chǔ)。支撐組成及工作原理曲約束支撐主要由三部分組成，即支撐內(nèi)芯、約束構(gòu)件及無1 所示。

重慶大學碩士學位論文內(nèi)核單元需要承擔全部的軸力，支撐的屈服荷載、極限承載力等力學指標均由內(nèi)核單元決定。內(nèi)核通常用鋼材制成，截面形式不一，常見的截面形式見圖 2.2。約束單元需要具備足夠大的抗彎剛度，來約束內(nèi)核單元的屈曲，其通常置于內(nèi)核單元的外側(cè)。目前多見的外圍約束單元主要有矩形或圓形素混凝土截面、鋼管截面、鋼筋混凝土截面、鋼管內(nèi)填混凝土組合截面等。無黏結(jié)材料需要盡可能地減小內(nèi)核單元與約束單元之間的摩擦力，防止外圍約束單元承擔不必要的軸向荷載，通常采用橡膠或硅膠層等。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2717964