屈曲約束支撐-肘撐組合的受力性能研究.pdf

1、提高結(jié)構(gòu)建筑抗震性能的有效途徑之一是在結(jié)構(gòu)中附加耗能裝置，屈曲約束支撐(BRB)是一種位移相關(guān)型金屬耗能器，具有穩(wěn)定耗能能力和良好的延性，可明顯提高結(jié)構(gòu)的抗震能力?，F(xiàn)有的針對BRB的研究和應(yīng)用大多采用對角或人字形的安裝方式，普遍存在著主體結(jié)構(gòu)變形較大時(shí)才能充分發(fā)揮BRB作用的不足。同時(shí)，在有的工程場合，需要設(shè)計(jì)屈服承載能力較大的BRB，導(dǎo)致核心板面積過大，有屈曲約束機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、BRB制造困難等問題存在。肘節(jié)支撐理論以形似手肘的斜撐裝置

2、放大阻尼器的位移需求，使體系在較小的位移下即可屈服。同時(shí)，也可利用其對BRB承載力的縮放作用，減小BRB的承載能力需求，從而簡化BRB的制作。本文在已有BRB和肘節(jié)式耗能支撐的研究基礎(chǔ)上，提出屈曲約束支撐—肘撐組合(TBRB)系統(tǒng)。它將BRB安裝在肘節(jié)附近，通過肘節(jié)支撐的開合運(yùn)動使BRB產(chǎn)生大于結(jié)構(gòu)層間位移的變形，從而大量耗散結(jié)構(gòu)的地震能量，減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)，有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。為此，本文展開理論和數(shù)值解析研究，主要完成的工作如下:

3、r>　　(1)深入分析TBRB的幾何構(gòu)造和位移放大機(jī)理，通過合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)，提出上部屈曲約束支撐—凸形肘撐組合(U-VTBRB)、下部屈曲約束支撐—凸形肘撐組合(L-VTBRB)和下部屈曲約束支撐—凹形肘撐組合(L-CTBRB)三種支撐系統(tǒng)。對這三種TBRB的位移放大系數(shù)f進(jìn)行了詳細(xì)的公式推導(dǎo)，結(jié)果表明，f可達(dá)2.0～6.0倍，BRB在主體結(jié)構(gòu)變形較小的情況下也能充分發(fā)揮耗能減震作用。討論了TBRB系統(tǒng)考慮肘桿變形時(shí)的剛度變化情況。以結(jié)

4、構(gòu)的層間側(cè)移角為控制目標(biāo)，比較不同設(shè)計(jì)參數(shù)下三種TBRB的f值，得到，合理設(shè)計(jì)的三種TBRB的放大系數(shù)都比對角BRB的大，當(dāng)U-VTBRB和L-VTBRB的幾何參數(shù)θ3、LBRB/D分別取值相同時(shí)，兩者的f值相同，在對稱的位置，凸形肘撐BRB的f值比凹形肘撐BRB大。
　　(2)探究了TBRB系統(tǒng)的力學(xué)特性，通過對比TBRB系統(tǒng)與對角BRB的恢復(fù)力曲線，得到這兩種支撐系統(tǒng)的屈服力或剛度相等時(shí)，采用TBRB系統(tǒng)時(shí)BRB核心板面積與采

5、用對角連接的BRB核心板面積的大小關(guān)系。多數(shù)情況下，在框架中安裝BRB，設(shè)計(jì)時(shí)若想達(dá)到與對角安裝BRB相同的屈服力或剛度，肘撐形式安裝的BRB核心板面積更小，且能在更小的層間變形下屈服。故TBRB可以使用小型BRB，且能在結(jié)構(gòu)變形較小的條件下使BRB發(fā)揮明顯的耗能作用。通過控制TBRB的幾何設(shè)計(jì)參數(shù)，可以靈活調(diào)整TBRB系統(tǒng)恢復(fù)力曲線上屈服點(diǎn)的位置。經(jīng)過推導(dǎo)，給出了適用于該支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。
　　(3)基于有限元軟件ANSYS，

6、建立了帶TBRB鋼框架(TBRBF)的數(shù)值模型，通過非線性靜力分析研究肘節(jié)點(diǎn)的出平面位移與側(cè)向荷載的關(guān)系，考察肘節(jié)點(diǎn)出平面安裝誤差對三種TBRBF平面外穩(wěn)定性的影響，并用最小勢能原理對TBRB在受力過程中的平衡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。結(jié)果顯示，當(dāng)剪力使肘桿受拉時(shí)，隨著荷載的逐漸增大，有出平面安裝誤差的肘節(jié)點(diǎn)逐漸往框架平面內(nèi)收，直至回到原框架平面，TBRBF的平面外穩(wěn)定性逐漸變好;而在剪力使肘桿受壓時(shí)，三者的平面外穩(wěn)定性隨荷載的增大逐漸變差。在

7、實(shí)際工程應(yīng)用中，建議加強(qiáng)TBRB的平面外剛度，同時(shí)盡量避免肘節(jié)點(diǎn)出平面安裝誤差。
　　(4)結(jié)合某框架—核心筒超高層工程實(shí)例，提出肘撐式屈曲約束耗能減震層，采用ETABS軟件對其減震控制效果進(jìn)行了非線性時(shí)程分析，與耗能減震層伸臂桁架處采用V字形同樣屈服力BRB的結(jié)構(gòu)做比較。發(fā)現(xiàn)在減震層伸臂中安裝凸形肘撐BRB的結(jié)構(gòu)對整體的樓層位移和層間側(cè)移角等地震反應(yīng)均具有更好的控制效果的情況下，采用肘撐式安裝的BRB面積需求更小，BRB尺寸減小