兩階段工作軟鋼消能器力學(xué)性能理論及試驗(yàn)研究.pdf

1、軟鋼消能器作為被動(dòng)減震領(lǐng)域的一種耗能裝置，因其滯回性能良好、安裝更換方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)中。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究開(kāi)發(fā)了形式多樣的軟鋼消能器，但是他們大多耗能形式單一，無(wú)法同時(shí)兼顧小震和大震作用。本文基于已有的研究成果，將面外彎曲屈服和面內(nèi)剪切屈服兩種不同的耗能機(jī)理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，提出一種彎剪組合型軟鋼消能器，以實(shí)現(xiàn)消能器的兩階段屈服耗能目標(biāo)。面外彎曲型軟鋼消能器相對(duì)于面內(nèi)剪切型具有更大的屈服位移，基于這一理論基礎(chǔ)

2、，通過(guò)合理設(shè)計(jì)彎曲板和剪切板的尺寸和用鋼材料，可以實(shí)現(xiàn)耗能裝置的兩階段工作目標(biāo)，本文首先對(duì)組成耗能裝置的剪切板和彎曲板分別開(kāi)展了力學(xué)性能理論研究，推導(dǎo)了剪切板與彎曲板核心性能參數(shù)的理論計(jì)算公式。
　　基于單板模型的理論分析，通過(guò)有限元分析軟件試算確定彎曲板和剪切板的合理尺寸，并對(duì)設(shè)計(jì)的彎剪組合型軟鋼消能器建立準(zhǔn)確的邊界條件，進(jìn)行單調(diào)加載和往復(fù)加載數(shù)值模擬分析，研究其應(yīng)力發(fā)展?fàn)顟B(tài)，得出彎剪組合型軟鋼消能器的第一屈服位移、第二屈服位移

3、、滯回曲線(xiàn)、骨架曲線(xiàn)等參數(shù)，以便設(shè)計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　針對(duì)所設(shè)計(jì)的耗能裝置開(kāi)展試驗(yàn)研究，首先對(duì)Q235鋼材和低屈服點(diǎn)鋼材進(jìn)行了材料性能試驗(yàn)，得到了兩種鋼材彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的等核心參數(shù)，確定材料的本構(gòu)關(guān)系。其次，對(duì)4個(gè)不同參數(shù)的彎剪組合型軟鋼消能器進(jìn)行了低周往復(fù)加載試驗(yàn)，并分析其荷載位移曲線(xiàn)及應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)果表明彎剪組合型軟鋼消能器的滯回曲線(xiàn)飽滿(mǎn)，耗能能力穩(wěn)定，與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者在

4、滯回曲線(xiàn)、骨架曲線(xiàn)等方面吻合較好，證明采用有限元軟件對(duì)彎剪組合型軟鋼消能器進(jìn)行模擬分析結(jié)果可信，同時(shí)也證明了該型消能器核心性能參數(shù)理論公式的實(shí)際可行性。
　　利用有限元軟件ANSYS對(duì)彎剪組合型軟鋼消能器進(jìn)行參數(shù)化分析，分別建立了100個(gè)剪切板和80個(gè)彎曲板單板模型，考察剪切板和彎曲板厚度、寬度及高度對(duì)其性能的影響，并確定了各自屈服位移和屈服后剛度的經(jīng)驗(yàn)公式，提出彎剪組合型軟鋼消能器的三折線(xiàn)恢復(fù)力模型，并給出了模型核心參數(shù)的計(jì)算公