论文部分内容阅读
自复位防屈曲支撑(Self-centering buckling-restrained brace,SCBRB)是将自复位系统(SC)与防屈曲支撑(BRB)并联在一起,用于减少防屈曲支撑大幅屈服后残余变形的一种新型支撑,应用该种支撑可提高结构的可修复性。碟形弹簧是一种性能稳定、经济性较好的复位材料。现有的碟簧自复位防屈曲支撑存在构造较复杂、拉压两侧刚度不对称,以及钢板支撑屈服段较短等缺陷。因此,本文采用单串预压碟簧组合提供恢复力,提出一种同轴组装自复位碟簧内置防屈曲支撑,并结合拟静力试验与数值模拟研究了其滞回性能。主要研究内容如下:(1)提出了同轴组装自复位碟簧内置防屈曲支撑的新构造,将组装式纯钢防屈曲支撑置于碟簧孔洞之中,充分利用了碟簧内部空间。大幅简化了支撑构造,增长了钢板支撑屈服段,减小了支撑拉压两侧分离前的刚度差异。将自复位系统与防屈曲支撑简化的双折线模型叠加,得到SCBRB的理想荷载-位移曲线,并据此分析了支撑在各受力阶段下的工作性能。给出了SCBRB详细的构造与制作过程。(2)对两个仅含自复位系统的支撑,一个防屈曲支撑以及两个自复位防屈曲支撑进行拟静力试验,研究了SCBRB的滞回性能以及复位能力。试验表明,SCBRB具有饱满稳定的旗帜型滞回曲线,与BRB相比,SCBRB残余变形大幅降低。同时,可通过调节自复位系统内的高强度螺杆组合形式来灵活调节自复位系统的轴向刚度。基于支撑各部件受力过程中的独立性与稳定性,对SCBRB内的SC部分与BRB部分的承载力进行了剥离。研究表明,SCBRB支撑的承载力主要源自SC部分,而支撑的耗能主要源自BRB部分。此外,复位系统内套管间的作用也可以提供一定的耗能能力。(3)利用ABAQUS建立了SCBRB试件的有限元模型,并结合试验验证了有限元分析的合理性。建立了足尺的SCBRB模型,通过改变碟簧规格与初始预压力、钢板支撑的截面面积、屈服段长度以及屈服点、螺杆截面面积以及组合形式、控制钢管厚度等关键构造参数,系统地研究了不同构造参数对支撑滞回性能以及复位性能的影响规律。给出了加载侧移角2%、2.5%和3.3%下复位比率与残余侧移角的计算公式。结合残余变形控制效果与耗能能力给出了复位比率的合理取值范围。结合试验研究和有限元分析,给出了考虑内外套管弯曲作用与摩擦效应的复位系统的真实滞回模型。