防屈曲支撐作為一種結(jié)構(gòu)耗能減震的措施,由于其抗震性能好,工程應(yīng)用性較強(qiáng),近年來(lái)備受關(guān)注。而目前已有的防屈曲支撐由于其造價(jià)高、易銹蝕、自重大、濕作業(yè)較多等缺點(diǎn)使其在大跨空間結(jié)構(gòu)中的使用受到限制。為擴(kuò)大防屈曲支撐在空間結(jié)構(gòu)中的適用范圍,需要研制重量輕、約束強(qiáng)度高的輕型防屈曲支撐。FRP具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕且可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn),相比鋼或混凝土防屈曲支撐而言,其質(zhì)量更輕,耐久性好,生產(chǎn)及裝配工業(yè)化程度高等一系列優(yōu)點(diǎn),更適合用于大跨空間結(jié)構(gòu)中。本文提出一種圓鋼管作為耗能芯材,采用GFRP纏繞型材作為約束的新型GFRP-鋼組合防屈曲支撐,并通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法系統(tǒng)地開(kāi)展了此類新型耗能支撐抗震性能研究。(1)首先,根據(jù)材料特點(diǎn)及加工流程,提出了GFRP-鋼組合防屈曲支撐的構(gòu)造形式。根據(jù)理論公式設(shè)計(jì)并加工了7個(gè)GFRP-鋼組合防屈曲支撐縮尺試件及1個(gè)純鋼普通支撐縮尺試件。其次,分別對(duì)各組試件進(jìn)行了低周往復(fù)加載試驗(yàn),對(duì)比了約束比,GFRP纏繞角度等變量對(duì)此類防屈曲支撐力學(xué)性能的影響。最終,通過(guò)試件破壞形態(tài),荷載位移曲線和骨架曲線對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,并根據(jù)拉壓不平衡特性,累積滯回耗能性能,附加阻尼比等分別評(píng)價(jià)該類支撐耗能特性,結(jié)果表明:采用單一GFRP纏繞角度,端部未采取加強(qiáng)措施的試件均在試驗(yàn)中較早地發(fā)生了整體屈曲,GFRP約束管沿纖維纏繞方向發(fā)生撕裂,最終以鋼管端部拉斷破壞,抗震性能不滿足要求;采用混合纏繞角度,端部采取加勁肋加強(qiáng)的試件的滯回曲線飽滿對(duì)稱,耗能能力等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求,且鋼管端部始終未發(fā)生嚴(yán)重破壞。(2)采用通用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)GFRP-鋼組合防屈曲支撐的建模方法進(jìn)行了研究,根據(jù)其特點(diǎn)選擇合適的單元類型及計(jì)算方法,建立了GFRP-鋼組合防屈曲支撐的精細(xì)化有限元模型,根據(jù)按照試驗(yàn)加載工況對(duì)各組試驗(yàn)試件的試驗(yàn)過(guò)程分別開(kāi)展了數(shù)值模擬,對(duì)比了試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬,獲得了較好的對(duì)比結(jié)果,從而有效地驗(yàn)證了有限元模型對(duì)該類GFRP-鋼組合防屈曲支撐分析的準(zhǔn)確性。此外,通過(guò)與文獻(xiàn)中其他混合材料防屈曲支撐試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了該有限元模型的適用性。(3)采用上述方法,建立了GFRP-鋼組合防屈曲支撐足尺構(gòu)件的有限元模型,并通過(guò)參數(shù)分析系統(tǒng)地對(duì)影響防屈曲支撐性能的各項(xiàng)重要參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬對(duì)比,其中包括:內(nèi)芯組件與約束組件之間的間隙,約束構(gòu)件GFRP纏繞型材的纖維纏繞角度,內(nèi)芯鋼管的徑厚比,內(nèi)芯鋼管的長(zhǎng)細(xì)比,以及防屈曲支撐的約束比。通過(guò)大量的參數(shù)分析結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn):各組件之間的間隙過(guò)小會(huì)使內(nèi)芯鋼材的側(cè)向變形不能得到完全釋放,此時(shí)GFRP組件受到應(yīng)力負(fù)擔(dān)較大,對(duì)支撐穩(wěn)定性不利,間隙過(guò)大則GFRP組件無(wú)法起到有效約束作用,核心單元在發(fā)生較大的屈曲變形后才能受到限制,影響支撐的耗能性能;采用混合角度纏繞GFRP的構(gòu)件性能優(yōu)于單一角度纏繞,當(dāng)采用單一角度纏繞時(shí),GFRP的纏繞角度越接近構(gòu)件的軸向其性能越好;內(nèi)芯鋼管的徑厚比過(guò)大會(huì)導(dǎo)致內(nèi)芯產(chǎn)生過(guò)大的變形,從而容易發(fā)生局部失穩(wěn);在合理的范圍內(nèi),內(nèi)芯鋼管的長(zhǎng)細(xì)比越大其耗能性能越好,但構(gòu)件的承載力和剛度則會(huì)隨之降低;約束比越大,構(gòu)件的滯回曲線越飽滿,耗能能力越強(qiáng)。最后,通過(guò)參數(shù)分析結(jié)果提出了該類新型GFRP-鋼組合防屈曲支撐的設(shè)計(jì)建議,為工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU352.11;TU398.9
【部分圖文】：

題受以下項(xiàng)目支持：） 國(guó)家自然科學(xué)基金“基于 FRP-鋼組合減震構(gòu)件的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗性能及防御方法研究”（編號(hào)：51708521）。） 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助項(xiàng)目“多種材復(fù)合耗能支撐抗震性能研究”（編號(hào)：2017B11）。.2 課題背景與意義中國(guó)作為全球地震多發(fā)的國(guó)家之一，地震所造成的災(zāi)害也位列世界前列計(jì)，20 世紀(jì)我國(guó)發(fā)生 7.0 以上等級(jí)地震的頻次已占到全球比例的 35%中死于地震的人數(shù)占據(jù)了全球死于地震人數(shù)的一半之多，約有 59 萬(wàn)人抗震減災(zāi)責(zé)任之緊迫。在歷次地震中，多數(shù)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)均具有良好性能，并未發(fā)生嚴(yán)重破壞。然而，蘆山地震中幾座大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了著的破壞，包括與支座相連桿件發(fā)生屈曲破壞如圖 1-1 所示，十字板與焊縫失效導(dǎo)致支座破壞如圖 1-2 所示。由此可見(jiàn)，大跨空間結(jié)構(gòu)中抗震完善十分有必要。

題受以下項(xiàng)目支持：） 國(guó)家自然科學(xué)基金“基于 FRP-鋼組合減震構(gòu)件的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗性能及防御方法研究”（編號(hào)：51708521）。） 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助項(xiàng)目“多種材復(fù)合耗能支撐抗震性能研究”（編號(hào)：2017B11）。.2 課題背景與意義中國(guó)作為全球地震多發(fā)的國(guó)家之一，地震所造成的災(zāi)害也位列世界前列計(jì)，20 世紀(jì)我國(guó)發(fā)生 7.0 以上等級(jí)地震的頻次已占到全球比例的 35%中死于地震的人數(shù)占據(jù)了全球死于地震人數(shù)的一半之多，約有 59 萬(wàn)人抗震減災(zāi)責(zé)任之緊迫。在歷次地震中，多數(shù)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)均具有良好性能，并未發(fā)生嚴(yán)重破壞。然而，蘆山地震中幾座大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了著的破壞，包括與支座相連桿件發(fā)生屈曲破壞如圖 1-1 所示，十字板與焊縫失效導(dǎo)致支座破壞如圖 1-2 所示。由此可見(jiàn)，大跨空間結(jié)構(gòu)中抗震完善十分有必要。

傳統(tǒng)防屈曲支撐
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本文編號(hào)：2881669