基于滑移连接的BRB-RC框架梁破坏模式控制研究

来源 :姜勇伸 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XTOGM
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防屈曲支撑(BRB)作为一种耗能装置,有着良好的滞回性能和耗能能力,其可以保障主体结构在地震作用下不发生严重破坏,因此被广泛地应用在建筑结构中。但是研究发现BRB加固的子框架结构大震作用下难以达到预期的抗震目标,表现在子框架梁柱先于支撑发生破坏。究其原因是在工程设计中仅考虑BRB附加轴力对子框架梁柱的影响,忽略了BRB附加弯矩以及节点开合效应三者(防屈曲支撑附加力)之间的综合影响。当BRB与子框架之间采用传统节点板连接时,强约束使得节点板相邻梁柱区域(D区)受力比较复杂,破坏模式及损伤程度难以预测和控制,而采用滑移节点板连接的方式可以释放节点板与子框架梁柱之间的切向约束以简化D区受力状态,进而对子框架梁柱破坏模式进行控制。因此本文在采用滑移节点板连接的基础上,首先通过有限元数值模拟分析明确采用不同滑移连接构造时防屈曲支撑附加力对RC子框架梁柱受力性能的影响程度,确定出滑移节点板连接的合理构造。然后对梁D区采用基于拉-压杆模型和牛腿设计理论进行抗剪设计,通过对比分析不同参数下子框架梁D区破坏模式,探究最佳抗剪设计方法。最后在保证梁D区只发生弯曲破坏模式的基础上对梁塑性铰区进行破坏模式控制。本文研究的主要内容及结论如下:(1)在第2章中,首先通过理论分析明确大震作用下BRB-RC子框架梁柱实际受力状态,然后对比传统节点板连接和滑移节点板连接的子框架梁破坏模式,验证了滑移节点减轻开合效应的有效性,最后利用ABAQUS有限元分析软件参照课题组前期试验建立数值分析模型,分别对比分析了两组试件的试验结果和有限元分析结果,并进行了误差分析,总体来说模拟结果与试验结果吻合较好,本文采用的有限元建模方式可为后面章节进行参数分析并判断梁破坏模式提供理论支撑。(2)在第3章中,分别对节点板的刚度、橡胶摩擦系数、对拉钢板条的构造、塑性铰的位置等参数进行有限元参数分析,考察这些参数对子框架梁柱、对拉钢板条以及节点板受力性能的影响,以确定合理的滑移节点构造。分析结果表明,节点板刚度增大会让节点开合效应的不利影响更加明显,因此在满足强度要求的前提下选用节点板刚度应尽可能小;橡胶摩擦层材料的摩擦系数较小时有利于梁D区破坏模式控制,同时需对节点板相邻区域及端部区域进行增强抗剪设计;预埋件最外侧钢板条受节点开合效应影响最大,仅需将其厚度扩大一倍而其他钢板条仍按设计要求满足强度即可;塑性铰位置转移至节点板端部梁段更利于BRB传力及子框架梁破坏模式控制,在典型层间位移角下(1%、2%、3%)塑性铰外移的子框架梁剪力比未外移的梁剪力平均大13.6%,因此在配置适量附加纵筋保证塑性铰转移出梁D区范围时,需增强D区抗剪设计。(4)在第4章中,首先对子框架梁D区的受力性能和破坏模式进行了有限元分析,主要探究了混凝土强度、梁D区配箍特征值、纵筋配筋率、支撑屈服轴力和附加转移塑性铰纵筋相对位置等研究参数对子框架梁D区、对拉钢板条以及节点板受力性能的影响,明确上述研究参数对梁D区破坏模式的影响规律。分析结果表明,子框架梁D区主要依靠混凝土抗剪,并且存在最优强度C40,而D区箍筋所起到的增强抗剪能力有限;纵筋配筋率的增大会显著提高梁剪力,在典型层间位移角下,纵筋配筋率为0.97%的子框架梁剪力比配筋率为0.40%的平均大79.0%,这对梁破坏模式控制十分不利;支撑屈服轴力的增大会显著提高梁D区的抗剪需求;随着附加纵筋向梁中心偏移,D区抗剪承载力提高,抗弯承载力下降,不利于D区破坏模式控制,应在梁截面高度范围内均匀布置附加纵筋。(5)在第5章中,根据第4章参数分析结果,将梁D区参照ACI 318-19中牛腿构件理论建立模型并对其破坏模式进行参数分析,结果表明,该理论能够控制D区发生弯曲破坏模式,在此基础上增大梁剪跨比同时对梁塑性铰区进行增强抗剪设计,发现会显著降低梁剪力,塑性铰区逐渐由弯剪破坏模式向弯曲破坏模式转变。
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