【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)計中得到了廣泛應用。BRB鋼框架節(jié)點常采用焊縫連接(稱為焊接節(jié)點),然而大量試驗研究表明,在大震和超大震作用下,該節(jié)點將處于支撐力和開合效應(梁-柱節(jié)點的開合變形)雙重復雜受力狀態(tài),導致該節(jié)點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,通過高強度螺栓連接梁柱翼緣,并在BRB節(jié)點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)點板與梁柱翼緣的法向承壓及高強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)點構(gòu)造,并通過3個防屈曲支撐鋼框架子結(jié)構(gòu)試驗研究傳統(tǒng)焊接節(jié)點與新型滑移節(jié)點的抗震性能差異,其中2個試件采用滑移節(jié)點和另1個試件采用焊接節(jié)點。試驗結(jié)果表明,滑移節(jié)點可顯著減輕BRB鋼框架節(jié)點的開合效應,提升整體結(jié)構(gòu)的變形能力,且滑移變形對BRB軸向行為及其累計塑性耗能無明顯不利影響。(2)在第三章中,針對第二章試驗發(fā)現(xiàn)的問題以及試驗未考慮的參數(shù),采用ABAQUS有限元軟件建模分析高強度螺栓的受力狀態(tài)以及滑移節(jié)點的構(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)點中高強度螺栓的受力狀態(tài);并通過18個有限元模型揭示梁-柱節(jié)點構(gòu)造、梁-柱節(jié)點域強度以及樓板效應等參數(shù)對采用滑移連接的BRB鋼框架節(jié)點抗震性能的影響,基于有限元結(jié)果確定最優(yōu)的節(jié)點構(gòu)造參數(shù)。(3)由于滑移節(jié)點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)果也表明高強度螺栓可作為抗拉螺栓驗算。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位置的分布規(guī)律并建立其預測方法。采用此預測方法驗算滑移節(jié)點高強度螺栓的受力狀態(tài)并設(shè)計了27個有限元模型。有限元結(jié)果表明,采用上述方法可保證滑移節(jié)點在支撐力和開合效應組合作用下的抗震性能�；谝陨辖Y(jié)果,作者提出了一種滑移節(jié)點的實用設(shè)計方法。(4)在第五章中采用作者提出的滑移節(jié)點實用設(shè)計方法設(shè)計了一榀含滑移節(jié)點兩層單跨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。試驗結(jié)果表明,作者提出的滑移節(jié)點實用設(shè)計方法可保證滑移節(jié)點在小、中、大和超大震作用下的抗震性能,節(jié)點板及高強度螺栓滿足設(shè)計工作狀態(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】：

華南理工大學碩士學位論文 彎曲變形所產(chǎn)生的切向效應，令該節(jié)點處于支撐力和開合效應的雙重復雜受子框架內(nèi)產(chǎn)生剪力和彎矩放大效應，導致該節(jié)點或子框架先于 BRB 失效。明，當層間位移角超過 2%后，節(jié)點開合效應逐漸變得顯著，導致節(jié)點板梁部首先發(fā)生開裂[17]（圖 1-2（a）），并沿著開裂點出現(xiàn)整條連接邊的剪切斷裂[ 1-2（b）），嚴重者甚至在節(jié)點板的兩條連接邊都同時出現(xiàn)了全截面斷裂[19]（，最終導致 BRB 被迫提前退出工作。Wigle 等人[20]的有限元分析表明，節(jié)塑性應變集中在節(jié)點板端部，說明該部位是潛在的開裂源，進一步解釋了上。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)點設(shè)計方法無法保證 BRB 鋼框架節(jié)點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的 BRB 鋼框架節(jié)點設(shè)計方法。

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

【參考文獻】

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本文編號：2708857