防屈曲支撐內(nèi)芯屈曲機理及整體穩(wěn)定設(shè)計方法.pdf

1、防屈曲支撐是一種利用軟鋼屈服來消耗地震能量的支撐構(gòu)件，其兼具普通支撐和金屬阻尼器的優(yōu)點，小震下能夠給結(jié)構(gòu)提供附加剛度，大震下能實現(xiàn)全截面屈服消耗地震能量。防屈曲支撐的構(gòu)成比較簡單，主要由耗能內(nèi)芯以及約束內(nèi)芯屈曲的約束構(gòu)件兩部分組成。但是其屈曲機理卻較為復(fù)雜，因為防屈曲支撐的整體與局部穩(wěn)定性不僅與支撐的剛度、強度、內(nèi)芯與約束構(gòu)件的初始缺陷密切相關(guān)，而且受到內(nèi)芯的彈塑性變形、內(nèi)芯加強段、間隙以及內(nèi)芯與約束構(gòu)件間摩擦力等的影響，因此防屈曲支撐

2、的分析與設(shè)計方法引起了相關(guān)學(xué)者的廣泛興趣。
　　本文主要研究防屈曲支撐內(nèi)芯屈曲機理以及在此基礎(chǔ)上建立的支撐整體穩(wěn)定設(shè)計方法，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）對組合鋼管混凝土式防屈曲支撐進行了五個試件的試驗，包括足尺截面短試件試驗、足尺試件試驗、防屈曲支撐組合件試驗以及對其構(gòu)造形式改進后進行的波形驗證試驗。較為詳細地介紹了這種形式防屈曲支撐的加工過程，指出了生產(chǎn)過程中需要注意的問題，通過試驗發(fā)現(xiàn)了加工中容易出現(xiàn)的錯誤。對所

3、提出的支撐形式進行了改進以使其應(yīng)用到波形驗證試驗中，在內(nèi)芯表面粘貼應(yīng)變片測量了內(nèi)芯在加載過程中的應(yīng)變變化。
　?。?）對防屈曲支撐的內(nèi)芯屈曲機理進行了研究，建立了簡化的防屈曲支撐分析模型，該模型假設(shè)約束構(gòu)件為剛體且無初始缺陷，內(nèi)芯為無初始缺陷的直桿。通過內(nèi)芯的平衡微分方程及其邊界條件，得到內(nèi)芯撓度曲線和內(nèi)芯與約束構(gòu)件間接觸力的表達式。通過對內(nèi)芯彎矩的分析發(fā)現(xiàn)了其一點接觸到兩點接觸轉(zhuǎn)化的規(guī)律，本文給出了其臨界力并進一步揭示了其向更多

4、點接觸轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律。對多點接觸狀態(tài)給出了接觸點之間距離的表達式與最大接觸力的公式，并據(jù)此給出了約束構(gòu)件最大彎矩的計算公式，這是防屈曲支撐研究方面首次根據(jù)接觸力與波長直接計算得到約束構(gòu)件的最大彎矩。之后，給出了固結(jié)支撐的推導(dǎo)結(jié)果，并利用有限元軟件對本章所提鉸接及固結(jié)防屈曲支撐的波形變化過程與接觸力公式進行了有限元驗證。最后，利用有關(guān)學(xué)者對于壓桿屈服后模量的理論，將彈性分析的結(jié)果擴展到塑性階段，使用有限元模型的分析比較了折合彈性模量和切線

5、模量的計算結(jié)果與模擬值的差別，給出了內(nèi)芯屈服后模量取值的建議。
　?。?）提出了一種考慮內(nèi)芯屈曲模態(tài)的防屈曲支撐整體穩(wěn)定設(shè)計方法，將簡化的防屈曲支撐分析結(jié)果擴展到更一般性的情況。分析中引入了約束構(gòu)件的剛度，因此考慮了約束構(gòu)件變形，同時考慮了內(nèi)芯加強段的影響。對內(nèi)芯與約束構(gòu)件同時列出平衡微分方程，并根據(jù)二者之間的變形協(xié)調(diào)條件得到一點與兩點接觸時內(nèi)芯的撓度曲線，并得到內(nèi)芯與約束構(gòu)件接觸力、約束構(gòu)件最大彎矩和加強段最大彎矩的表達式。對其

6、中使用的接觸點處內(nèi)芯切線斜率為零與彎矩為零的假設(shè)進行了參數(shù)分析驗證，之后利用多點接觸下約束構(gòu)件的受力特征，將兩點接觸的分析擴展到更多點接觸的情況，從而得到了更一般性的結(jié)論。為了簡化計算過程，提出了計算最大接觸力、約束構(gòu)件和加強段最大彎矩的統(tǒng)一公式，并給出了約束構(gòu)件與加強段的設(shè)計準(zhǔn)則。
　?。?）建立了帶有端部的防屈曲支撐有限元模型，并在該模型中考慮約束構(gòu)件變形，對本文所推導(dǎo)的結(jié)論進行了驗證。在有限元分析中，首先檢驗了內(nèi)芯由一點接觸