套管填充混凝土屈曲約束支撐試驗(yàn)與應(yīng)用研究.pdf

1、屈曲約束支撐(Buckling-restrained brace，BRB)具有滯回性能穩(wěn)定、耗能能力強(qiáng)、制作方便以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中。本文針對(duì)結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的套管填充混凝土BRB，首先討論了其設(shè)計(jì)與構(gòu)造細(xì)節(jié)，通過(guò)兩組試件的低周疲勞試驗(yàn)研究了其滯回性能與耗能能力，并與采用相同核心板的全鋼組裝式BRB的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。其次以部分焊接BRB試件的試驗(yàn)為基礎(chǔ)討論了BRB中可能出現(xiàn)的因端部局部屈曲導(dǎo)致試件扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，并給出

2、相應(yīng)設(shè)計(jì)公式。最后，以單層工業(yè)廠房的抗震加固為例，采用基于彈塑性反應(yīng)譜的框架設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，并用彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析法對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。主要完成的工作如下:
　　(1)討論了套管填充混凝土BRB的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，主要包括核心板、無(wú)粘結(jié)材料、約束部件及核心板在約束部件內(nèi)的放置形式等，其中約束套管截面的確定應(yīng)考慮構(gòu)件整體穩(wěn)定、平面內(nèi)局部屈曲與平面外局部屈曲條件等。
　　(2)進(jìn)行了4根套管填充混凝土BRB試件的低周疲勞試驗(yàn):

3、試件C-1與C-2試驗(yàn)結(jié)果表明填充砂漿強(qiáng)度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致套管發(fā)生局部屈曲，對(duì)試件性能有較大影響;試件C-3表明端部砂漿的約束對(duì)BRB的性能有明顯影響，端部蓋板的失效直接導(dǎo)致砂漿被壓碎;試件C-4避免了上述問(wèn)題，構(gòu)件滯回性能穩(wěn)定，耗能能力強(qiáng)。進(jìn)一步，試件C-3與C-4的累積塑性變形分別達(dá)到1201與2177，大于AISC建議值200。試件C-3和C-4與全鋼組裝式BRB的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明兩種不同約束的BRB滯回性能與耗能能力相當(dāng)，受壓強(qiáng)度系數(shù)

4、在應(yīng)變幅值較小時(shí)比較接近，在應(yīng)變幅值較大時(shí)套管填充混凝土BRB的較大，但兩者均小于AISC建議的1.3。
　　(3)為了分析套管填充混凝土BRB端部可能存在的無(wú)約束屈服段在受壓時(shí)因局部屈曲導(dǎo)致試件發(fā)生扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，結(jié)合課題組先前開(kāi)展的3根部分焊接BRB試驗(yàn)，推導(dǎo)了扭轉(zhuǎn)發(fā)生的臨界應(yīng)力表達(dá)式，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)公式。研究同時(shí)表明無(wú)約束屈服段自由長(zhǎng)度越大，加載位移幅值越大，該段發(fā)生局部屈曲的臨界應(yīng)力越小而實(shí)際應(yīng)力越大，越容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在設(shè)

5、計(jì)時(shí)可根據(jù)本文建議的設(shè)計(jì)公式來(lái)計(jì)算出構(gòu)件無(wú)約束屈服段的最大長(zhǎng)度，避免扭轉(zhuǎn)失效。ABAQUS有限元模擬結(jié)果表明有限元能夠較好地模擬受壓時(shí)核心板的高階屈曲及端部局部屈曲，滯回曲線與試驗(yàn)曲線吻合較好。
　　(4)以單層工業(yè)廠房為例，基于彈塑性反應(yīng)譜的BRB框架設(shè)計(jì)方法，對(duì)其進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)，同時(shí)采用彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。分析表明采用基于彈塑性反應(yīng)譜的方法對(duì)單層工業(yè)廠房進(jìn)行加固設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)便，并且具有較高精度，能夠滿足工程需求。