二重钢管防屈曲耗能支撑的有限元分析

设计了12组41种二重钢管防屈曲耗能支撑试件,应用有限元软件ABAQUS对其进行了有限元分析,研究了径厚比、约束比、长细比和边界条件对支撑性能的影响。分析结果表明:二重钢管防屈曲耗能支撑的径厚比取值不大于24、约束比的取值不小于3时,支撑的滞回曲线饱满、稳定;当支撑的长细比增加时,可以通过提高约束比来避免支撑发生整体屈曲;支撑的边界条件宜设计成固接。

三重钢管防屈曲支撑滞回性能影响因素分析

为给三重钢管防屈曲支撑及此类自复位防屈曲支撑的设计提供一定的设计依据,文章采用ABAQUS软件建立了三重钢管防屈曲支撑的有限元模型,并验证了建模方法的正确性,在此基础上研究了该类防屈曲支撑的受力机理,并分析了约束比、长细比、核芯管的径厚比和间隙等参数对其承载力和滞回耗能性能的影响。研究结果表明,约束比对三重钢管防屈曲支撑的稳定性能影响较大,约束比不应小于1.58;核芯管的径厚比不大于22时,该类防屈曲支撑的滞回耗能能力较好;长细比对该类防屈曲支撑的刚度和稳定性能影响较大;建议其间隙取值为1 mm~2 mm。

开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑性能试验研究

基于＂核心单元局部削弱相当于其他部位加强＂的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计6种不同构造的三重钢管防屈曲耗能支撑,每种支撑制作3~4个模型共22个支撑模型,对其进行低周反复加载试验,得到每个支撑模型在试验过程中的关键现象和力-位移滞回曲线,并研究核心单元钢管开孔类型、开孔位置数量以及钢管间的缝隙大小对支撑性能的影响。研究结果表明：三重钢管防屈曲耗能支撑核心单元钢管开孔可以减小支撑的屈服位移和屈服荷载,且开孔对支撑的承载力、耗能系数和等效黏滞阻尼比基本没有影响,用普通钢材实现了低屈服点钢的性能;核心单元钢管开孔可以使支撑具有定点屈服的功能,既明确了设计目标,又简化了设计和构造,避免了支撑端部加强制作工序,且开多排孔时可以起到分散钢管变形的作用,开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑比不开孔支撑具有更加优良的性能。

开孔三重钢管防屈曲耗能支撑有限元分析

开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑是一种性能良好的耗能减震构件,本文介绍了开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑的构造,设计了10组不同开孔形式和尺寸的三重钢管防屈曲耗能支撑构件,并采用ANSYS及ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究不同开孔及间隙对此种防屈曲耗能支撑滞回耗能性能以及承载力的影响。研究表明:开孔式三重钢管防屈曲支撑的滞回性能稳定、耗能能力强、屈服点发生在预设区域;开孔形式和孔长对防屈曲支撑的性能有影响;开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑套箍效应明显低于不开孔三重钢管防屈曲耗能支撑;当间隙不为0时,芯材管开孔后支撑的承载力并没有下降。

开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究与有限元模拟

依据"核心单元局部削弱相当于其他部位加强"的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑和普通三重钢管防屈曲耗能支撑,对其在轴向循环荷载作用下的滞回耗能性能、疲劳性能和破坏特征进行试验研究和数值模拟,并将试验研究结果与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明:开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,其轴力-位移滞回曲线稳定、饱满,对称性和规律性好;开槽式支撑的屈服荷载和屈服位移小于不开槽支撑,具有提前屈服的功能,开槽不影响支撑的整体承载力,开槽式支撑的恢复力模型可以采用对称的双线性恢复力模型来描述;开槽可以使支撑的薄弱部位从核心钢管端部转移到开槽部位,使支撑具有定点屈服的功能,避免支撑端部破坏。

开孔与开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑设计方法研究

开孔与开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑是依据"核心单元局部削弱相当于其他部位加强"的新型防屈曲耗能支撑设计原理设计而成的。通过对核心单元局部开孔或开槽使支撑薄弱部位由端部转移到开孔或开槽部位,具有定点屈服的功能,提高了支撑的延性,是性能良好的耗能减震构件。结合国内外相关规范,通过理论分析和有限元模拟,提出开孔和开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的设计方法,包括开孔和开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑承载力的计算方法,核心钢管和内外钢管的设计方法及支撑节点的设计方法。最后通过试验验证该方法的正确性。

开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究

基于"核心单元局部削弱相当于其他部位加强"的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计了开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑和普通三重钢管防屈曲耗能支撑,对7个支撑构件在轴向循环往复荷载作用下的性能进行了拟静力试验研究和有限元模拟分析,研究开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能、恢复力模型、破坏特征以及不同开槽数量对支撑性能的影响情况。研究结果表明:开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,其轴力-位移滞回曲线稳定、饱满,对称性和规律性好;开槽式支撑的屈服荷载和屈服位移小于不开槽支撑,具有提前屈服的功能,开槽不影响支撑的整体承载力,开槽式支撑的恢复力模型可以采用对称的双线性恢复力模型来描述;开槽可以使支撑的薄弱部位从核心钢管端部转移到开槽部位,使支撑具有定点屈服的功能,避免了支撑端部破坏。

三重钢管防屈曲耗能支撑性能的有限元模拟分析

防屈曲耗能支撑克服了传统支撑受压屈曲的缺点,地震时具有良好的耗能能力和延性,是一种具有应用前景的耗能减震构件。本文介绍了三重钢管防屈曲耗能支撑的构造及耗能原理,采用ANSYS程序对其进行有限元分析,研究轴力管和约束管之间的空隙对于此种防屈曲耗能支撑承载力以及滞回耗能性能的影响,并用实验验证了有限元分析的正确性。研究结果表明:采用ANSYS软件对三重钢管防屈曲支撑进行模拟分析是可行的,三重钢管防屈曲支撑工作原理明确,具有稳定的滞回耗能能力,空隙对防屈曲支撑的耗能能力以及承载力有重要影响。

开孔三重钢管防屈曲耗能支撑影响因素分析

利用ABAQUS软件对三重钢管防屈曲耗能支撑进行拉压循环荷载作用下的滞回性能模拟,并对支撑的承载力及核芯管的应力和变形进行模拟分析,研究了核芯管开孔的孔宽、孔长、开孔排数、核芯管的径厚比和约束比对支撑性能的影响。研究结果表明:开孔降低了支撑的屈服点,当开孔截面积削弱量控制在20%以内时可认为不影响支撑的承载力,孔宽和孔长对支撑的荷载-位移曲线和支撑的抗疲劳性能有影响;在开孔总长度相同的条件下,多排孔开孔部分的变形较单排孔的变形小;核芯管的径厚比应不大于22;三重钢管防屈曲耗能支撑的约束比应大于2。研究结果对开孔三重钢管防屈曲耗能支撑及同类支撑的设计提供了一定的参考价值。

二重钢管防屈曲支撑的性能研究

设计了两种二重钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行了性能试验,研究了这两种防屈曲耗能支撑的受力过程和耗能机理、约束单元钢管与核心单元钢管之间的间隙对支撑性能的影响,对比分析了这两种类型防屈曲耗能支撑的能量耗散系数和等效粘滞阻尼比,用ABAQUS有限元软件对这两种防屈曲耗能支撑进行了数值模拟并和试验结果进行了对比分析。研究结果表明:二重钢管防屈曲耗能支撑滞回曲线饱满,对称性、规律性、稳定性好,耗能能力强。

三重钢管防屈曲支撑中防屈曲套管设计方法研究

基于套管边缘屈服准则,给出了由三重钢管组成的防屈曲支撑中防屈曲套管的设计方法,并通过有限元模型对设计方法进行了验证。三重钢管防屈曲支撑是由提供轴向刚度和承载力并耗散地震能量的芯材钢管,以及限制芯材整体屈曲和局部屈曲的外套管和内套管组成。当支撑芯材钢管屈服后,防屈曲支撑的弯曲刚度全部由内防屈曲套管和外防屈曲套管提供。考虑芯材钢管二阶弯矩对套管的弯矩作用,依据外套管边缘纤维不发生屈服的原则,确定防屈曲支撑允许的最大弯曲变形,进而确定了防屈曲支撑套管的刚度和截面尺寸。有限元分析结果表明,在不同芯材径厚比、不同管间间隙以及不同芯材环向预应力的情况下,该防屈曲支撑套管的设计公式均适用。

组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究

防屈曲耗能支撑(BRB)作为一种新型的支撑构件,具有良好的耗能减震作用,目前已经运用到一些实际工程中。组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑是一种新型的支撑,该支撑的内核单元由钢管混凝土构成。文章采用Ansys有限元软件,施加反复荷载,通过非线性屈曲分析模拟支撑的破坏形态和抗震耗能性能,并研究了该支撑内核突出段长度和内、外核之间的间隙对支撑耗能能力的影响。结果表明,所研究的组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越,解决了全钢型防屈曲支撑在大长度时难以满足稳定性的问题。

环向预应力三重钢管防屈曲支撑受力性能研究

提出了一种具有环向预应力的三重钢管防屈曲支撑(three-tube buckling-restrained brace,TTBRB)。该防屈曲支撑由位于中间层提供轴向刚度和承载力并耗散地震能量的芯材钢管,以及分别位于芯材外部和内部限制芯材整体屈曲和局部屈曲的外套管和内套管等3部分组成。内、外套管与芯材钢管之间设置高分子聚乙烯材料制作的减摩层,以减小芯材轴向变形过程中内、外套管与芯材之间的摩擦力。相比用实心截面芯材的传统防屈曲支撑,用空心圆管作为芯材具有更大的回转半径;且取消了混凝土类填充材料,大幅度降低支撑自重,及混凝土损伤导致的耗能能力削弱。内、外套管能够限制芯材钢管的整体屈曲和局部屈曲,并可通过装配应力的方式对芯材钢管施加环向预应力,从而可改变芯材钢管的受拉或受压屈服强度。采用验证的有限元模型研究了内、外套管与芯材钢管之间的间隙和芯材钢管内环向预应力大小对TTBRB滞回性能的影响。分析结果表明,间隙较小时,芯材在轴力作用下的环向变形受到内、外套管的限制而产生环向应力,进一步施加环向预应力后,TTBRB的轴向拉压强度显著改变。仅外套管与芯材套管之间存在间隙时,TTBRB在受拉时可提前屈服,在受压时屈服强度不受影响,应作为三重钢管防屈曲支撑优先采用的方案。

开孔三重钢管防屈曲耗能支撑性能试验研究

设计制作两种开孔三重钢管防屈曲耗能支撑和一种不开孔三重钢管防屈曲耗能支撑试件,并对其进行低周反复加载试验,研究开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的性能、核心钢管开孔与否防屈曲耗能支撑性能的差异、开孔排数对支撑性能的影响以及支撑的恢复力模型和破坏特征,并采用ABAQUS有限元软件对其进行分析。研究结果表明:开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能稳定,耗能能力强;核心钢管开孔后降低了支撑的屈服点且增大了支撑的延性;开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用对称的双线性模型来描述;试验结果与有限元分析结果基本吻合。

钢管混凝土减震框架与钢管混凝土框架-剪力墙结构的对比试验研究

设计两榀比例为1:4、梁柱构件尺寸相同的试件:一榀为设置新型三重钢管防屈曲支撑的钢管混凝土减震框架,一榀为普通钢管混凝土框架-剪力墙结构。对两个试件进行反复荷载作用下的抗震性能试验,对比分析两种结构的破坏特征、滞回性能、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力和关键点应变等抗震性能指标。试验结果表明:钢管混凝土减震框架结构具有与钢管混凝土框架-剪力墙结构相当的承载力,并在变形能力、延性和耗能能力等方面均有明显的提高,对刚度退化和强度退化也有明显的缓解,具有更合理的受力性能和破坏机制,新型三重钢管防屈曲支撑起到良好的耗能减震作用,有效地改善钢管混凝土框架的抗震性能。