【摘 要】
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伸臂桁架是“巨柱-核心筒-伸臂”超高层结构混合抗侧力体系的关键构件之一,本文提出了一种自复位耗能型伸臂桁架,旨在解决传统耗能型伸臂残余变形大、难以修复、不利于震后功能快速恢复的问题。为了探究此类自复位伸臂桁架的抗震性能,本文首先分别对伸臂桁架弦杆和腹杆开展了试验研究和数值模拟研究,验证了弦杆构造形式的可行性和可靠性,阐明了腹杆的工作机理并揭示了损伤破坏特征;然后对自复位耗能型伸臂开展数值仿真研究,
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51808029); 北京建筑大学建大英才项目(JDYC20200306); 北京建筑大学研究生创新项目(PG2020002);
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伸臂桁架是“巨柱-核心筒-伸臂”超高层结构混合抗侧力体系的关键构件之一,本文提出了一种自复位耗能型伸臂桁架,旨在解决传统耗能型伸臂残余变形大、难以修复、不利于震后功能快速恢复的问题。为了探究此类自复位伸臂桁架的抗震性能,本文首先分别对伸臂桁架弦杆和腹杆开展了试验研究和数值模拟研究,验证了弦杆构造形式的可行性和可靠性,阐明了腹杆的工作机理并揭示了损伤破坏特征;然后对自复位耗能型伸臂开展数值仿真研究,分析其受力特点,并进行了参数分析,探讨设计参数对伸臂桁架抗震性能的影响。主要工作内容如下:(1)采用1:3缩尺比,设计制作了1个传统RBS弦杆和2个不同构造形式的新型防屈曲可更换弦杆,开展了拟静力低周往复加载实验,以期明确不同连接构造方式对弦杆抗震能力的影响。结果表明:防屈曲弦杆通过外置RBS实现损伤集中控制,防屈曲盖板可有效抑制RBS板材的屈曲行为,有效避免了传统RBS弦杆的屈曲现象;与具有狗骨式截面的弦杆相比,延性变形能力约提高了2倍,可更好满足弦杆在压-弯-剪耦合作用下的变形需求;需充分保障端部焊缝质量,避免影响弦杆变形能力。(2)分析了自复位BRB腹杆的构造形式、工作机理和受力特点,通过数值模拟的方法,与试验结果进行对比验证了建模方法的正确性;设计了自复位腹杆的案例,并对其开展了有限元模拟,结果表明:预应力筋的变形量约为腹杆变形量的1/2,验证了预应力筋串联构造形式的有效性;在受力全过程中预应力筋处于受拉状态,可以为腹杆提供稳定的自复位能力。(3)开展了防屈曲可更换弦杆和自复位腹杆的数值模拟研究,滞回曲线与试验结果吻合良好,验证了数模拟方法的有效性,为构建自复位耗能型伸臂桁架有限元模型提供研究基础;由模拟结果可知,自复位伸臂在相同位移幅值下,残余变形的平均值降低至耗能伸臂桁架残余变形的24.7%,说明具有较好的残余变形控制能力。(4)以第一刚度比、第二刚度比、强度比为关键参数,对自复位耗能型伸臂桁架展开影响性分析,结果表明:随着第一刚度比、第二刚度比和强度比的增加,峰值承载力逐渐增加,残余变形控制能力逐渐提高,但耗能能力随之降低;强度比和第一刚度比分别是控制伸臂残余变形大小与耗能能力的关键因素;本研究的相关成果可为此类构件的深入研究提供参考。
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