【摘要】：預(yù)拉桿式自定心屈曲約束支撐(Self-centering Buckling-Restrained Brace,SC-BRB)具有良好的耗能能力和自定心性能,能夠有效提高結(jié)構(gòu)的震后可修復(fù)性。已有的SC-BRB構(gòu)造在強(qiáng)地震作用下,預(yù)拉桿仍可能屈服甚至斷裂從而影響結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性和安全性。同時(shí),當(dāng)預(yù)拉桿無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)變形需求或相鄰抗彎框架屈服時(shí),均會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的殘余變形,而目前SC-BRB框架基于性能的設(shè)計(jì)方法僅考慮最大變形,未將殘余變形納入設(shè)計(jì)性能目標(biāo),難以確保結(jié)構(gòu)震后的可修復(fù)性。針對(duì)上述問(wèn)題,本文進(jìn)行了如下工作。(1)提出增大支撐變形能力和提高初始剛度可控性的新型預(yù)拉桿式SC-BRB的概念與構(gòu)造。針對(duì)現(xiàn)有SC-BRB對(duì)預(yù)拉桿的彈性延伸率需求較高,和套管長(zhǎng)度加工誤差會(huì)顯著改變支撐初始剛度的問(wèn)題,分別給出相應(yīng)改進(jìn)措施,建立了新型預(yù)拉桿式SC-BRB的概念,提出增大支撐變形能力的措施(摩擦保險(xiǎn)裝置或串聯(lián)式SC-BRB)和提高支撐初始剛度可控性的措施(橡膠夾層端板),深入分析其工作機(jī)理和力學(xué)行為,并建立適用于新型預(yù)拉桿式SC-BRB構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程。(2)預(yù)拉桿和摩擦保險(xiǎn)裝置的性能試驗(yàn)研究。對(duì)玄武巖纖維筋(Basalt Fiber-Reinforced Polymer,BFRP)預(yù)拉桿和摩擦保險(xiǎn)裝置進(jìn)行性能試驗(yàn),結(jié)果表明:BFRP筋的極限延伸率超過(guò)2.5%,且性能較為穩(wěn)定,但預(yù)拉桿循環(huán)拉伸時(shí)會(huì)由于錨具中的錨固膠體變形引起預(yù)張力的損失;本文基于試驗(yàn)結(jié)果給出錨固膠體變形與應(yīng)力差值的回歸公式,可用于評(píng)估SC-BRB震后的預(yù)張力損失;摩擦保險(xiǎn)裝置在保證較大摩擦面積和避免摩擦面銹蝕的前提下,滑動(dòng)摩擦力受加載制度變化的影響很小,性能十分穩(wěn)定。(3)新型預(yù)拉桿式SC-BRB支撐試件的擬靜力試驗(yàn)。設(shè)計(jì)并加工了 4根分別采用不同改進(jìn)措施的新型預(yù)拉桿式SC-BRB試件,結(jié)果表明:未采用增大支撐變形能力措施的SC-BRB試件在預(yù)拉桿超過(guò)應(yīng)變極限斷裂后,支撐的承載力出現(xiàn)陡降,殘余變形增大到位移幅值的90%;摩擦保險(xiǎn)裝置能保證SC-BRB試件達(dá)到對(duì)應(yīng)4%層間位移角的軸向變形而不出現(xiàn)破壞,并使支撐具有一定的自定心能力;當(dāng)支撐軸向變形相同時(shí),串聯(lián)式SC-BRB的構(gòu)造形式既能減小預(yù)拉桿彈性延伸率一半需求,也不會(huì)影響支撐的自定心性能;采用橡膠夾層端板能夠有效降低套管長(zhǎng)度誤差的影響,提高支撐初始剛度的可控性。(4)新型預(yù)拉桿式SC-BRB支撐滯回性能的數(shù)值模擬。采用ABAQUS有限元分析軟件建立新型預(yù)拉桿式SC-BRB的精細(xì)有限元模型,通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了模型的正確性,并在此基礎(chǔ)上分析了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)支撐滯回性能的影響。基于流變分析理論,建立能夠模擬受橡膠夾層端板和套管長(zhǎng)度誤差影響的不同預(yù)拉桿材料SC-BRB滯回性能的彈塑性分析模型。(5)SC-BRB框架抗震性的參數(shù)化分析。基于結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型和運(yùn)動(dòng)方程,分別確定影響SC-BRB鉸接鋼框架(即梁、柱鉸接的SC-BRB框架)和SC-BRB雙重體系框架(即由抗彎框架和SC-BRB鉸接鋼框架組成的SC-BRB框架)動(dòng)力響應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)。采用OpenSees軟件建立兩種形式SC-BRB框架的簡(jiǎn)化桿系模型,通過(guò)時(shí)程分析研究關(guān)鍵參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律,并給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)各參數(shù)的取值建議。(6)SC-BRB框架的非線性位移比譜和殘余位移比譜公式的建立。基于SC-BRB框架單自由度體系模型,研究關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其非線性位移比和殘余位移比的影響規(guī)律。分別對(duì)SC-BRB鉸接鋼框架和SC-BRB雙重體系框架進(jìn)行162000次和486000次單自由度體系時(shí)程分析,在此基礎(chǔ)上通過(guò)多元非線性回歸,建立分別適用于SC-BRB鉸接鋼框架和SC-BRB雙重體系框架的非線性位移比和殘余位移比公式,可用于結(jié)構(gòu)地震時(shí)的位移評(píng)估和抗震設(shè)計(jì)。(7)以最大層間位移角和殘余位移角為雙控指標(biāo),建立SC-BRB框架基于震后可修復(fù)性的抗震設(shè)計(jì)方法。研究了高階模態(tài)效應(yīng)和P-Δ效應(yīng)對(duì)不同層數(shù)SC-BRB框架地震位移響應(yīng)的影響,分別給出結(jié)構(gòu)最大變形和殘余變形的高階模態(tài)放大系數(shù)回歸公式,以及P-Δ效應(yīng)放大系數(shù)參考值。采用最大層間位移角和殘余位移角作為雙控指標(biāo),在非線性位移比與殘余位移比公式的基礎(chǔ)上,建立適用于SC-BRB框架的基于震后可修復(fù)性的抗震設(shè)計(jì)方法,并分別給出SC-BRB鉸接鋼框架和SC-BRB雙重體系框架的設(shè)計(jì)流程。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU352.11
【圖文】：

圖１．１自定心屈曲約束支撐（ＳＣ－ＢＲＢ）工作機(jī)理及滯回曲線逡逑自定心支撐一般采用由套管、端板和預(yù)拉桿組成的自定心體系與不同耗能構(gòu)件組合而逡逑成。圖１．１為一種運(yùn)用ＢＲＢ作為耗能部件的自定心支撐，稱為自定心屈曲約束支撐逡逑（Ｓｅｌｆ－Ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ邋Ｂｕｃｋｌｉｎｇ－Ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ邋Ｂｒａｃｅ，邋ＳＣ－ＢＲＢ）。其中內(nèi)外套官作為核心、板的約束構(gòu)件逡逑可防止其在受壓時(shí)發(fā)生屈曲變形，保證支撐在變形的過(guò)程中具有穩(wěn)定的滯回耗能能力。而逡逑內(nèi)外套管又與端板和預(yù)拉桿一起組成自定心體系，無(wú)論支撐受拉還是受壓，套管都會(huì)頂推逡逑兩側(cè)端板帶動(dòng)預(yù)拉桿伸長(zhǎng)（圖１．１（ａ）），從而產(chǎn)生克服殘余變形所需的自定心恢復(fù)力。圖１．１（ｂ）逡逑為ＳＣ－ＢＲＢ的滯回曲線，是由自定心體系（Ｓｅｌｆ－Ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ邋Ｓｙｓｔｅｍ，邋ＳＣ）的雙線性彈性滯回和逡逑ＢＲＢ的彈塑性滯回曲線疊加而成，具有顯著的旗幟形特征。從圖中可以看出ＳＣ－ＢＲＢ滯回逡逑曲線的殘余變形明顯小于ＢＲＢ。逡逑雖然ＳＣ－ＢＲＢ具有優(yōu)異的自定心性能，但是其對(duì)預(yù)拉桿的彈性延伸率需求較尚，當(dāng)支逡逑２逡逑

２００９年，丫３１＾［３７＿３８］將３＾絲纏繞在支撐兩個(gè)鋼套管的內(nèi)部的推板上，其構(gòu)造能保證逡逑無(wú)論支撐受拉或是受壓，套管內(nèi)部的推板均能帶動(dòng)ＳＭＡ絲的受拉，而耗能能力則由設(shè)置逡逑在套管外部且兩端分別與兩個(gè)套管相連的鋁桿提供，如圖１．３所示。該支撐的試驗(yàn)結(jié)果表逡逑明，當(dāng)支撐的變形達(dá)到２．２％時(shí)，支撐幾乎不會(huì)產(chǎn)生殘余變形。逡逑－逡逑

本文編號(hào)：2772937