【摘要】：裝配式防屈曲支撐是一種新型防屈曲支撐,其外圍約束構件由多個部件通過高強螺栓拼裝組成。如方矩管裝配式防屈曲支撐,其外圍約束構件就是由兩個帶有外伸板的方矩管通過高強螺栓緊扣連接而成。裝配式防屈曲支撐的加工精度高,現(xiàn)場組裝方便,且震后易更換內(nèi)核,支撐外圍構件可重復使用。本文首先對一簡化的防屈曲支撐進行了精細有限元分析,對內(nèi)核構件與外圍構件之間接觸關系的形成與發(fā)展、內(nèi)核構件波形變化、擠壓力分布形式以及外圍構件應力水平等進行了研究;考察了內(nèi)核構件初始缺陷形式、外圍構件初始缺陷幅值、內(nèi)外圍之間間隙、外圍構件強度與剛度、內(nèi)核構件長度、內(nèi)核構件寬厚比及厚度等參數(shù)對支撐受力性能的影響。而后以內(nèi)核外伸的鉸接防屈曲支撐為研究對象,對內(nèi)核發(fā)生單波整體變形和內(nèi)核發(fā)生多波屈曲變形時支撐的受力狀態(tài)進行了深入分析,通過理論推導求解出內(nèi)核外伸段上最不利彎矩、內(nèi)核擠壓力、外圍約束構件上的彎矩分布等。最后基于防屈曲支撐各組成部件的受力特點,建立了外圍約束構件設計準則和內(nèi)核加強段設計準則,完善了傳統(tǒng)鉸接整體約束型防屈曲支撐的設計理論。相應的理論推導假定及推導結(jié)果均通過了數(shù)值手段加以驗證,此外還對支撐進行了參數(shù)分析,研究了9個設計參數(shù)對內(nèi)核擠壓力及外圍構件受力的影響。因螺栓的離散布置使得裝配式防屈曲支撐外圍剛度需要一定程度折減,本文采用理論推導及數(shù)值驗證手段研究了方矩管裝配式防屈曲支撐外圍約束剛度的取值方法;而后在考慮螺栓離散性對外圍約束剛度的折減影響和螺栓間板件局部受力的影響后,提出了一套適用于方矩管裝配式防屈曲支撐的設計方法,并設計支撐算例數(shù)值驗證了設計理論的可行性。最后對方矩管裝配式防屈曲支撐螺栓設計理論進行研究,給出了適用的螺栓設計方法。對方矩管裝配式防屈曲支撐進行數(shù)值分析,研究各設計參數(shù)對支撐承載性能的影響,考察了支撐可能存在的破壞形式及影響因素;同時也研究了不同端部構造措施對支撐性能的影響,考察了各構造形式的優(yōu)劣性。最后,本文對方矩管裝配式防屈曲支撐進行了試驗研究,驗證了本文提出設計理論的安全性和可靠性。試驗結(jié)果也檢驗了各類防屈曲支撐構造細節(jié)的合理性,為其工程應用提供了充分可靠的依據(jù)。
[Abstract]:Prefabricated buckling bracing is a new type of buckling bracing, and its peripheral restrained member is composed of several parts assembled by high strength bolts. For example, the external restraint member of square moment tube assembly buckling bracing is made up of two square moment tubes with outstretched plate which are fastened by high strength bolts. The fabricated anti-buckling brace has the advantages of high machining precision, convenient field assembly, easy replacement of the core after the earthquake, and repeatable use of the supporting peripheral components. In this paper, a simplified anti-buckling bracing is analyzed by fine finite element method. The formation and development of the contact relationship between the kernel component and the peripheral member, and the variation of the core component waveform are discussed. The distribution of extrusion force and the stress level of peripheral members are studied, and the initial defect form, the initial defect amplitude, the gap between inner and outer girth, the strength and stiffness of outer member, the length of kernel member are investigated. The influence of the width to thickness ratio and thickness of the core member on the mechanical performance of the support. Then taking the hinge buckling bracing of the kernel extension as the research object, the stress state of the bracing with single wave integral deformation and multi-wave buckling deformation is analyzed. Through theoretical derivation, the most unfavorable bending moment on the extension section of the inner core, the extrusion force of the core and the distribution of bending moment on the peripheral restrained members are obtained. Finally, based on the mechanical characteristics of the components of buckle-resistant braces, the design criteria of peripheral restrained members and core stiffeners are established, and the design theory of traditional hinged integral-constrained buckle-resistant braces is improved. The corresponding theoretical derivation assumptions and results are verified by numerical means. In addition, the parameters of the braces are analyzed, and the effects of nine design parameters on the core extrusion force and the forces on the peripheral members are studied. Due to the discrete arrangement of bolts, the external stiffness of prefabricated anti-buckling braces needs to be reduced to a certain extent. In this paper, the method of determining the external restraint stiffness of square moment tube fabricated buckle-proof braces is studied by theoretical derivation and numerical verification. After considering the effect of bolt dispersion on the external restraint stiffness and the effect of the local force on the plate between bolts, a design method is proposed for the square moment tube assembly buckling braces. The feasibility of the design theory is verified by a numerical example of design support. Finally, the design theory of square moment pipe assembly buckling supporting bolt is studied, and the suitable bolt design method is given. The influence of design parameters on the bearing capacity of the braces is analyzed numerically, and the possible failure forms and influencing factors of the braces are investigated. At the same time, the influence of different end construction measures on the support performance is also studied, and the merits and demerits of each structural form are investigated. Finally, the experimental study of square moment tube fabricated buckling braces is carried out, which verifies the safety and reliability of the design theory proposed in this paper. The test results also verify the rationality of the structural details of various buckling braces and provide a sufficient and reliable basis for its engineering application.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU398.9

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本文編號：2186211