發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 04:32

【摘要】：屈曲約束支撐是一種雙功能構(gòu)件,既可以作為支撐構(gòu)件為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度,又是很好的耗能阻尼器。通過(guò)約束構(gòu)件的外包約束提供抗彎剛度,而內(nèi)芯則利用其塑性變形耗能。本文采用FRP包裹屈曲約束支撐主要是因?yàn)樵撛嚰谡鸷笠谆謴?fù),直接割開(kāi)纖維布即可替換內(nèi)芯;纖維復(fù)合材料耐腐蝕性好,可應(yīng)用于特殊的場(chǎng)景;此外,玄武巖和玻璃纖維布價(jià)格低廉,故本文主要研究FRP包裹圓鋼管混凝土屈曲約束支撐穩(wěn)定性能。本文設(shè)計(jì)并開(kāi)展了3組共6個(gè)屈曲約束支撐試驗(yàn),通過(guò)合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)加載制度及測(cè)量方案,得到屈曲約束支撐滯回曲線和應(yīng)變數(shù)據(jù);還進(jìn)行了碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維,三種纖維復(fù)合材料的基本力學(xué)性能試驗(yàn),包括縱向拉伸、橫向拉伸、縱向壓縮、橫向壓縮以及縱橫剪切試驗(yàn)。同時(shí)本文還完成對(duì)FRP包裹屈曲約束支撐試驗(yàn)結(jié)果的分析:6個(gè)試件的耗能性能較好,累計(jì)塑性延性均達(dá)到400以上;內(nèi)芯多波屈曲產(chǎn)生的側(cè)向力使纖維布受拉并進(jìn)一步使內(nèi)芯與約束構(gòu)件之間的間隙增大,促使多波屈曲的發(fā)展,使位移增大時(shí)承載力急劇下降,表現(xiàn)為滯回曲線上的“跳動(dòng)”,內(nèi)芯多波屈曲越顯著,其受拉剛度退化更明顯,從滯回曲線可看出內(nèi)芯多波屈曲狀態(tài)。從有限元參數(shù)分析可知約束構(gòu)件與內(nèi)芯之間的間隙會(huì)顯著影響屈曲約束支撐性能,間隙值的增大會(huì)導(dǎo)致滯回曲線表現(xiàn)越來(lái)越不飽滿,且曲線跳動(dòng)更加明顯;過(guò)小的間隙值則易導(dǎo)致泊松現(xiàn)象的產(chǎn)生,因此實(shí)際構(gòu)件設(shè)計(jì)加工時(shí)重點(diǎn)控制間隙值。隨著摩擦系數(shù)的增大,其拉壓承載力差值越來(lái)越大,且當(dāng)摩擦系數(shù)較大時(shí),內(nèi)芯加載端端部應(yīng)力較大,試驗(yàn)時(shí)此處也是極易破壞的地方。有限元分析得到的內(nèi)芯屈曲波長(zhǎng)與試驗(yàn)得到的屈曲波長(zhǎng)較為一致,其側(cè)向力與理論分析吻合較好。從FRP基本力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果上可以看出,FRP為典型的各向異性材料,因此在進(jìn)行有限元模擬時(shí),FRP采用二維Hashin漸進(jìn)失效準(zhǔn)則。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知玄武巖纖維的強(qiáng)度和彈模均較低,試驗(yàn)時(shí)也只有外包玄武巖纖維布斷裂。采用等效均布荷載計(jì)算模型得到的FRP復(fù)合材料厚度與有限元模擬結(jié)果比較接近,實(shí)際應(yīng)用效果較好;FRP的破壞集中在加載端端部,實(shí)際應(yīng)用時(shí)可在支撐兩端部增加FRP厚度,中間部分可適量減少纖維布厚度。通過(guò)分析內(nèi)芯與約束構(gòu)件平衡關(guān)系,考慮內(nèi)芯加強(qiáng)段和約束構(gòu)件剛度影響,得到內(nèi)芯最大側(cè)向力和約束構(gòu)件最大彎矩;通過(guò)模擬分析,校核內(nèi)芯最大側(cè)向力,基于規(guī)范驗(yàn)算約束構(gòu)件抗彎承載力,均滿足要求。屈曲約束支撐局部穩(wěn)定是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程,當(dāng)內(nèi)芯從低階模態(tài)向高階模態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí),彎矩為0的中間水平段滿足kl_i=2π,此臨界狀態(tài)是局部穩(wěn)定問(wèn)題重要邊界條件。本文通過(guò)對(duì)屈曲約束支撐整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定以及FRP厚度驗(yàn)算的研究,并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果與理論模型,提出FRP包裹屈曲約束支撐設(shè)計(jì)建議。研究表明采用更厚實(shí)的FRP包裹,增強(qiáng)FRP的約束效果,減少內(nèi)芯與約束構(gòu)件之間的間隙和摩擦?xí)䴓O大地提高FRP包裹屈曲約束支撐整體性能,有助于進(jìn)一步改善屈曲約束支撐的耗能性能。
【圖文】：

-2試件內(nèi)核單元構(gòu)造

-5截面形式
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU398.9

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本文編號(hào)：2710650