高耗散粘彈性屈曲約束支撐力學(xué)性能試驗研究.pdf

1、屈曲約束支撐（Buckling-Restrained Braces，簡稱BRB）以其良好的滯回耗能能力受到各國學(xué)者的關(guān)注，并且越來越多應(yīng)用到工程上，但是屈曲約束支撐的進一步推廣需要解決一些問題。首先，傳統(tǒng)的屈曲約束支撐約束套筒內(nèi)需要灌注砂漿或混凝土，費工費時，破壞后無法重復(fù)利用。其次，現(xiàn)有的屈曲約束支撐疲勞壽命較低且不穩(wěn)定。最后，缺少一種能同時考慮BRB抗側(cè)剛度和附加阻尼比的BRB-結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方法。
　　本文采用國產(chǎn)Q235熱

2、軋型鋼材，設(shè)計制作了一組全鋼組合截面形式的屈曲約束支撐，并將課題組研發(fā)的高耗散粘彈性材料作為無粘結(jié)層設(shè)置在其中一個試件，并進行了相關(guān)的力學(xué)性能試驗研究及數(shù)值模擬，最后針對工程應(yīng)用問題，提出一種BRB-鋼框架的簡化設(shè)計方法。本文的主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)設(shè)計制作一組約束單元為全鋼組合截面的屈曲約束支撐，支撐的外圍約束單元能夠提供較大的抗彎剛度，支撐的各約束部件通過螺栓連接，具有可裝配式的特點，內(nèi)核單元破壞后可進行更換，能

3、夠起到“結(jié)構(gòu)保險絲”的作用。文中加工制作了兩個試件，將課題組研發(fā)的高耗散粘彈性材料作為無粘結(jié)層設(shè)置在其中一個試件且命名為高耗散粘彈性屈曲約束支撐(BRB-2)，另一個未設(shè)置粘彈性層且命名為裝配式全鋼屈曲約束支撐(BRB-1)。
　　(2)在對高耗散粘彈性屈曲約束支撐的內(nèi)核單元自身穩(wěn)定性驗算時，將粘彈性層視作微彈簧，推導(dǎo)了內(nèi)核單元屈曲承載力與粘彈性層厚度和彈性模量之間的關(guān)系，公式表明粘彈性層厚度越小且彈性模量越大，對應(yīng)的屈曲承載力越

4、高。分別對兩個試件的屈曲半波進行受力分析，其中高耗散粘彈性屈曲約束支撐考慮粘彈性層，裝配式全鋼屈曲約束支撐考慮間隙，分別推導(dǎo)了其最大應(yīng)變幅值的表達式，結(jié)合鋼材光滑試什的Manson-Coffin模型，對兩個試件的疲勞壽命進行預(yù)測和相關(guān)參數(shù)的分析。預(yù)測表明:BRB-2的疲勞壽命將高于BRB-1。參數(shù)分析表明:粘彈性層的體積模量與厚度之比越大，BRB-2的疲勞壽命越高;間隙越小，BRB-1的疲勞壽命越高。
　　(3)對兩個試件進行了5

5、種頻率及4種幅值的力學(xué)性能試驗，研究結(jié)果表明，高耗散粘彈性屈曲約束支撐的疲勞壽命高于裝配式全鋼屈曲約束支撐，這與理論預(yù)測一致，并且誤差在20％以內(nèi)，說明本文用于預(yù)測BRB疲勞壽命的方法具有可靠性。同時，高耗散粘彈性屈曲約束支撐的滯回曲線的飽滿程度雖然略低于裝配式全鋼屈曲屈曲約束支撐，但是前者的滯回曲線平緩穩(wěn)定，后者的拉壓不對稱和“跳動”現(xiàn)象明顯。BRB-2的耗能穩(wěn)定性系數(shù)隨累積塑性變形變化極小，耗能能力表現(xiàn)出很強的穩(wěn)定性和對稱性。

6、>　　(4)基于有限元軟件ANSYS，采用SOLID45單元建立BRB-1的數(shù)值模型，利用已有的試驗結(jié)果對數(shù)值模型進行驗證，并且分析間隙對滯回性能的影響。對比相同間隙設(shè)置粘彈性層與否對力學(xué)性能的影響，分析表明兩者的骨架曲線重合度很高，但是設(shè)置粘彈性層的支撐受壓段平緩穩(wěn)定且未出現(xiàn)“跳動”現(xiàn)象，在大位移幅值下滯回耗能值和等效阻尼比都要好于未設(shè)置粘彈性層的支撐。
　　(5)假定結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的目標層間位移分布狀態(tài)，考慮屈曲約束支撐提供