全鋼自復位屈曲約束支撐框架抗震性能研究.pdf

1、自復位屈曲約束支撐(self-centering buckling-restrained brace, SCBRB)通過自復位系統(tǒng)限制屈曲約束支撐(buckling-restrained brace，BRB)的殘余變形，兼顧了滯回耗能和減小結構殘余變形的雙重目標。SCBRB中自復位系統(tǒng)所采用的筋材非常重要，決定了SCBRB的力學性能、變形能力以及制作成本。而目前自復位系統(tǒng)常采用的纖維筋材(fiber reinforcedsolyper,

2、 FRP)和形狀記憶合金(shape memory alloy, SMA)，分別因FRP錨固有效性有待研究和SMA成本較高、性能易受溫度影響，阻礙了SCBRB的發(fā)展和應用。具有較高彈性模量的預應力鋼絞線性能穩(wěn)定、錨固可靠、價格低廉，相對于FRP和SMA，用在自復位系統(tǒng)中具有一定的優(yōu)勢，但由于其彈性延伸率不高，限定了SCBRB的變形能力，本文為此展開理論和數(shù)值解析研究，主要完成的工作如下:
　　(1)深入分析SCBRB各組件及整體的

3、力學機理，特別針對SCBRB自復位的要求進行了詳細分析。在一般SCBRB的基礎上，通過合理的構造設計，提出了一種串聯(lián)雙組預應力鋼絞線的SCBRB(steel tendon SCBRB，ST-SCBRB)，針對其工作機理、構件構造進行了詳細闡述:串聯(lián)雙筋自復位系統(tǒng)由內、中、外三個套筒或組合鋼部件、兩組預應力鋼絞線、兩組錨板組成，使得ST-SCBRB的軸向變形為每組預應力筋變形的兩倍，從而提高了SCBRB的變形能力，降低了支撐對預應力筋的變

4、形要求;支撐的內筒和中筒不僅作為自復位系統(tǒng)的傳力部件，而且能精確約束BRB核心板的平面內和平面外屈曲，中筒和外筒均可由螺栓拼接形成，方便安裝和更換核心板。在理論分析的基礎上，給出了ST-SCBRB的設計實例。
　　(2)建立了一般SCBRB的OpenSees有限元模型，并與已有SCBRB的試驗結果進行對比，驗證了OpenSees建模方法的有效性;接著在一般SCBRB的基礎上建立了ST-SCBRB的有限元模型，針對ST-SCBRB各

5、部件的設計進行了參數(shù)化分析，為后續(xù)ST-SCBRB應用于結構的分析做準備;提出了SCBRB結構應用的簡化分析模型，通過與理論計算或試驗結果對比，驗證了數(shù)值模型和分析方法的合理性，同時表明簡化分析模型中自復位系統(tǒng)的第一剛度應適當減小，以考慮構件加工和組裝誤差對支撐性能的影響。
　　(3)針對SCBRB“等強原則”的研究方法進行了全面的討論，并以BRB框架為參照，進行了ST-SCBRB各部件對框架結構地震響應影響的參數(shù)化分析，結果表明

6、:與BRB“等強原則”的設計方法不能唯一確定SCBRB各部件的參數(shù)，且該設計并非最優(yōu)方案，可采用基于結構性能的初步設計思想，根據(jù)結構的地震響應和所采用的筋材調整SCBRB核心板和預應力筋的面積，達到最優(yōu)配置;通過多條地震波分析得出，ST-SCBRB能很好的控制結構的殘余變形，在減小結構位移響應方面與BRB框架相當，甚至優(yōu)于BRB框架，并且具有很大的保證率。
　　(4)考慮結構的空間作用和三向地震作用，建立了三維振動臺試驗模型，驗證