大震作用下防屈曲支撑附加力对RC子框架梁破坏模式的影响研究

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地震会造成严重的人员伤亡和财产损失。防屈曲支撑(BRB)作为一种耗能支撑已成为建筑结构消能减震的重要手段之一,可以显著减小主体框架结构的地震反应,从而有效避免主体框架结构在大震作用下发生严重破坏或倒塌。然而,大震作用下防屈曲支撑附加力复合作用会导致子框架实际的受力状态比仅考虑附加轴力影响时复杂,在抗震设计时未充分考虑时则会发生子框架梁柱先于支撑破坏的情况。因此,针对大震作用下防屈曲支撑附加力致使RC子框架处于复杂的受力状态这一情况,本文首先通过对常用的几种节点板与主体框架连接构造下梁柱组合件的有限元数值模拟,明确大震作用下子框架梁的受力状态,揭示梁塑性铰外移机理;然后,对于节点板内侧梁段形成的几何或受力不连续区域(D区),采用基于拉-压杆模型和牛腿设计理论对其进行抗剪设计,通过不同参数子框架梁D区有限元模拟和参数分析,验证该抗剪设计方法的有效性,并揭示子框架梁D区的破坏机理。本文研究的主要内容及结论如下:(1)在第2章通过对防屈曲支撑RC框架结构抗震性能研究结果的分析比较,讨论和明确了防屈曲支撑RC子框架梁柱的复杂受力情况。分析结果表明,在大震作用下防屈曲支撑与节点板会对子框架产生支撑附加轴力、附加弯矩以及框架节点处的开合效应,该支撑附加力会致使梁铰屈服机制下的子框架梁上塑性铰发生外移,并且在节点板内侧梁段形成短梁效应使得该区域易发生脆性破坏模式。(2)在第3章中,基于ABAQUS有限元分析软件建立了防屈曲支撑RC梁柱组合件有限元分析模型,并通过足尺防屈曲支撑RC子框架梁柱组合件拟静力试验结果对有限元模型进行验证。模拟结果与试验结果对比表明,各项数据吻合良好,梁破坏模式与拟静力试验结果相近,梁塑性铰外移情况与拟静力试验结果基本一致,验证了建立有限元分析模型的有效性。(3)在第4章中,对不同节点板与RC主体框架连接构造方法下梁塑性铰外移规律进行了有限元数值模拟、参数分析和理论分析,考虑了锚筋直径、栓钉直径和塑性铰转移纵筋配筋率等参数对梁塑性铰外移的影响。分析结果表明,节点板与梁之间的连接件的抗剪承载力对梁塑性铰外移影响显著,在支撑轴力和开合效应作用力下,当锚筋、栓钉的抗剪承载力足够,即节点板内侧梁段截面抗弯承载力大于弯矩时,梁塑性铰会转移至节点板外侧;设置塑性铰转移纵筋直接提供额外抗弯承载力,可有效地控制梁塑性铰外移。(4)在第5章中,对子框架D区的受力性能和破坏模式进行了有限元模拟、参数分析和理论分析,考察了梁D区体积配箍率、纵向分布纵筋配筋率和混凝土强度等对D区受力性能的影响。分析结果表明,提高D区体积配箍率的对D区抗剪承载力增强效果最明显;改变混凝土强度对D区抗剪承载力影响较小;增设纵向分布钢筋在可以有效地改善D区混凝土破坏形态;参数和理论分析验证了子框架梁D区采用牛腿设计方法的有效性,揭示了防屈曲支撑附加力对D区剪切破坏和弯剪破坏的影响机理。
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