發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 02:17

【摘要】：防屈曲支撐(BRB)等支撐型阻尼器作為目前最常用的結(jié)構(gòu)減震控制手段之一,在國內(nèi)外既有結(jié)構(gòu)抗震加固和新建結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。BRB鋼框架節(jié)點(diǎn)常采用焊縫連接(稱為焊接節(jié)點(diǎn)),然而大量試驗(yàn)研究表明,在大震和超大震作用下,該節(jié)點(diǎn)將處于支撐力和開合效應(yīng)(梁-柱節(jié)點(diǎn)的開合變形)雙重復(fù)雜受力狀態(tài),導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)及其相鄰子框架提前發(fā)生破壞而無法發(fā)揮BRB在大震下的保險(xiǎn)絲作用。為解決此類問題,本文基于以柔克剛的思路,提出一種滑移連接構(gòu)造,通過高強(qiáng)度螺栓連接梁柱翼緣,并在BRB節(jié)點(diǎn)板與梁柱翼緣之間的接觸面設(shè)置低摩擦材料釋放切向約束;滑移連接構(gòu)造完全依靠BRB節(jié)點(diǎn)板與梁柱翼緣的法向承壓及高強(qiáng)度螺栓抗拉傳遞支撐力,最大程度減輕大變形下的塑性損傷,對(duì)充分發(fā)揮支撐型阻尼器在大變形下的消能減震作用及其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能具有重要的意義。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)在第二章中,提出了一種基于滑移連接的BRB鋼框架新型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,并通過3個(gè)防屈曲支撐鋼框架子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究傳統(tǒng)焊接節(jié)點(diǎn)與新型滑移節(jié)點(diǎn)的抗震性能差異,其中2個(gè)試件采用滑移節(jié)點(diǎn)和另1個(gè)試件采用焊接節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,滑移節(jié)點(diǎn)可顯著減輕BRB鋼框架節(jié)點(diǎn)的開合效應(yīng),提升整體結(jié)構(gòu)的變形能力,且滑移變形對(duì)BRB軸向行為及其累計(jì)塑性耗能無明顯不利影響。(2)在第三章中,針對(duì)第二章試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題以及試驗(yàn)未考慮的參數(shù),采用ABAQUS有限元軟件建模分析高強(qiáng)度螺栓的受力狀態(tài)以及滑移節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造參數(shù)影響。結(jié)合理論分析與有限元結(jié)果,確定了滑移節(jié)點(diǎn)中高強(qiáng)度螺栓的受力狀態(tài);并通過18個(gè)有限元模型揭示梁-柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、梁-柱節(jié)點(diǎn)域強(qiáng)度以及樓板效應(yīng)等參數(shù)對(duì)采用滑移連接的BRB鋼框架節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響,基于有限元結(jié)果確定最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造參數(shù)。(3)由于滑移節(jié)點(diǎn)可釋放連接界面的切向約束并通過界面法向拉壓傳遞支撐力,第三章有限元結(jié)果也表明高強(qiáng)度螺栓可作為抗拉螺栓驗(yàn)算。在第四章中通過理論分析與有限元分析相結(jié)合的方法研究滑移連接界面合拉力作用點(diǎn)位置的分布規(guī)律并建立其預(yù)測方法。采用此預(yù)測方法驗(yàn)算滑移節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)度螺栓的受力狀態(tài)并設(shè)計(jì)了27個(gè)有限元模型。有限元結(jié)果表明,采用上述方法可保證滑移節(jié)點(diǎn)在支撐力和開合效應(yīng)組合作用下的抗震性能。基于以上結(jié)果,作者提出了一種滑移節(jié)點(diǎn)的實(shí)用設(shè)計(jì)方法。(4)在第五章中采用作者提出的滑移節(jié)點(diǎn)實(shí)用設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一榀含滑移節(jié)點(diǎn)兩層單跨BRB鋼框架,并提出在梁柱塑性鉸位置1倍梁柱截面高度范圍內(nèi)密布橫向加勁肋的子框架構(gòu)造,以充分提升子框架的延性能力。試驗(yàn)結(jié)果表明,作者提出的滑移節(jié)點(diǎn)實(shí)用設(shè)計(jì)方法可保證滑移節(jié)點(diǎn)在小、中、大和超大震作用下的抗震性能,節(jié)點(diǎn)板及高強(qiáng)度螺栓滿足設(shè)計(jì)工作狀態(tài)。所提出的子框架構(gòu)造要求可避免梁柱翼緣在超大震下發(fā)生局部失穩(wěn)問題,有效提升BRB與整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形能力。
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 彎曲變形所產(chǎn)生的切向效應(yīng)，令該節(jié)點(diǎn)處于支撐力和開合效應(yīng)的雙重復(fù)雜受子框架內(nèi)產(chǎn)生剪力和彎矩放大效應(yīng)，導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)或子框架先于 BRB 失效。明，當(dāng)層間位移角超過 2%后，節(jié)點(diǎn)開合效應(yīng)逐漸變得顯著，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)板梁部首先發(fā)生開裂[17]（圖 1-2（a）），并沿著開裂點(diǎn)出現(xiàn)整條連接邊的剪切斷裂[ 1-2（b）），嚴(yán)重者甚至在節(jié)點(diǎn)板的兩條連接邊都同時(shí)出現(xiàn)了全截面斷裂[19]（，最終導(dǎo)致 BRB 被迫提前退出工作。Wigle 等人[20]的有限元分析表明，節(jié)塑性應(yīng)變集中在節(jié)點(diǎn)板端部，說明該部位是潛在的開裂源，進(jìn)一步解釋了上。以上研究充分表明，由于 BRB 在大震下依然保持正常工作，因此采用普中基于支撐力的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法無法保證 BRB 鋼框架節(jié)點(diǎn)在大震下的抗震性互作用角度建立基于支撐力和開合效應(yīng)的 BRB 鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法。

（a）節(jié)點(diǎn)板端部開裂 （b）節(jié)點(diǎn)板與梁連接邊剪切斷裂 （c）節(jié)點(diǎn)板兩連接邊完全斷裂圖 1-2 焊接節(jié)點(diǎn)板的連接破壞模式[16-19, 29]除了節(jié)點(diǎn)板的連接破壞，上述試驗(yàn)研究還表明[16, 19, 29-31]，節(jié)點(diǎn)開合效應(yīng)還會(huì)使梁端塑性鉸從梁柱交界面外移到節(jié)點(diǎn)板端部的梁截面（圖 1-3（a）），造成塑性鉸區(qū)的梁翼緣出現(xiàn)大幅值的局部屈曲（圖 1-3（b）），而附加的開合效應(yīng)作用力還會(huì)造成梁翼緣（圖 13（c））或者梁翼緣與腹板交界面（圖 1-3（b））出現(xiàn)斷裂，最終導(dǎo)致子框架承載力在支撐失效之前首先出現(xiàn)下降，未能實(shí)現(xiàn) BRB 應(yīng)有的結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)絲功能。作者所在課題組在
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU352.11;TU391

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2708857