【摘 要】
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三重钢管屈曲约束支撑是一种由核芯管、外约束钢管和内约束钢管组合而成的消能减震装置。该支撑制作简单,无需混凝土灌装或利用螺栓进行多部件组合,有利于规模化生产,具有重要的研究意义与工程应用价值。当下关于三重钢管屈曲约束支撑的研究成果多来自于缩尺试验,试验对象普遍为核芯管大尺寸开孔的支撑构件,在核芯管小尺寸开孔和足尺试验方面的研究成果鲜见。因此,本文针对一种核芯管小尺寸开孔的三重钢管屈曲约束支撑进行了足
【基金项目】
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中国电子工程设计院有限公司的国家级专项课题；
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三重钢管屈曲约束支撑是一种由核芯管、外约束钢管和内约束钢管组合而成的消能减震装置。该支撑制作简单,无需混凝土灌装或利用螺栓进行多部件组合,有利于规模化生产,具有重要的研究意义与工程应用价值。当下关于三重钢管屈曲约束支撑的研究成果多来自于缩尺试验,试验对象普遍为核芯管大尺寸开孔的支撑构件,在核芯管小尺寸开孔和足尺试验方面的研究成果鲜见。因此,本文针对一种核芯管小尺寸开孔的三重钢管屈曲约束支撑进行了足尺试验,并开展了数值模拟研究。分析了屈曲支撑的力学特性与耗能性能;提出了关于核芯管开孔尺寸与外约束管壁厚的设计建议;并进一步将支撑应用于加固工程中,探讨了其抗震性能。主要研究内容及结论如下:（1）对三重钢管屈曲约束支撑开展了以位移控制的拟静力加载试验,分析了该屈曲约束支撑的力学特性、耗能性能以及破坏状态,确定了试件的刚度、压拉不均匀系数、累计塑性变形等指标,验证了核芯管小尺寸开孔这一设计概念的正确性。研究表明,该支撑滞回性能稳定,加载过程中表现出明显的随动强化与等向强化特性;支撑的耗能性能良好,耗能系数随位移幅值的增加而稳定增大。试件最终因核芯管失稳而发生破坏,开孔部位呈现明显的高阶屈曲形态;外约束管受核芯管挤压而产生局部变形;内约束管自由端一侧在加载过程中发生明显形变。（2）利用ABAQUS软件对不同核芯管开孔尺寸、不同外约束管壁厚的三重钢管屈曲约束支撑进行建模并计算。基于模拟结果,分析了屈曲约束支撑在最大加载幅值下的应力分布与破坏形态,对比了不同工况下支撑的力学与耗能特性,并提出有关尺寸参数的设计建议。研究结果表明,当核芯管开孔尺寸在1.0～2.0mm时,支撑的滞回曲线稳定,耗能性能良好;当外约束管壁厚不小于6.5mm时,约束管在最大加载幅值下的局部变形较小,支撑不易发生破坏。（3）为了验证三重钢管防屈曲约束支撑在加固工程中的抗震性能,设计一栋8层高的钢筋混凝土框架结构,分别采用屈曲约束支撑与钢支撑进行加固,并在ETABS软件中进行了时程计算。对比了原结构和两种加固结构在多遇地震与罕遇地震下的地震响应,确定了屈曲约束支撑在不同地震工况下的力学与耗能情况。结果表明:在小震作用下,采用屈曲约束支撑进行加固的结构,其层间位移得到有效控制,顶层加速度无明显变化;在大震作用下,屈曲约束支撑结构的层间位移较小,加速度削减幅值优于同等刚度的钢支撑结构,有利于提升建筑稳定性。屈曲约束支撑在小震作用下未达到屈服荷载,在大震作用下屈服并发挥了消能减震作用,验证了三重钢管屈曲约束支撑在加固工程中具有良好的抗震性能。
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