屈曲约束支撑内核材料低周疲劳性能研究

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屈曲约束支撑是一种新型的金属屈服耗能构件,具有性能稳定、耗能能力强、长期使用及维护费用低等优点,近年来在国内外广泛地研发应用。目前国外屈曲耗能支撑技术的发展和应用较成熟,国内也已有应用,但仍处于起步阶段,主要难点在于芯材的选材和构造控制。已有的试验研究表明,如材料选择不合理,会发生屈曲约束支撑耗能能力不足的情况。本文从材料和构造角度出发,研究初步设计阶段屈曲约束支撑核心受力部件的选材方法,以确保其具有足够的耗能能力。 本文首先总结了已有低周疲劳性能理论,继而针对一种国产低屈服点钢材,进行了单向拉伸试验和恒应变低周疲劳试验研究,获得了该材料的材性试验数据。试验表明该种材料具有良好的延性和抗疲劳能力,进入塑性阶段后的滞回环饱满、稳定,适合用于制作金属屈服型耗能装置。同时,试验表明采用改进四点法来估算材料的低周疲劳性能具有良好的可靠性。因此,本文提出在缺乏实测材料应变疲劳参数时,可以通过静拉伸试验得到的材料性能参数来近似估算材料的低周疲劳性能参数,为国产钢材低周疲劳性能参数的估算提供了依据。 通过分析屈曲约束支撑内核板的受力情况,推导了屈曲约束支撑核心受力板在名义应变变程下的实际最不利应变变程计算方法。该最不利应变变程与内核板外围约束的间隙和内核板板厚的比值有关,并对构件的累积耗能能力产生较大程度的影响。从确保屈曲约束支撑具有良好累积塑性变形能力的角度出发,本文提出了外围约束间隙的上限值。结合局部应力应变分析方法和Miner线性累积损伤理论,探讨了屈曲约束支撑的简化累积损伤模型。 最后,提出了评价屈曲约束支撑初步选材的简化方法,以便在缺少大量疲劳试验的基础上,根据简单易行的材料单向拉伸试验参数,对屈曲约束支撑核心材料进行快速有效的筛选。
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