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。

约束内置的新型双重方钢管防屈曲支撑研究

防屈曲支撑受压屈服而不屈曲的特点,使其具有良好的耗能减震效果。针对目前防屈曲支撑震后难以观察核心受力构件的变形及损伤,不利于后期震害调查的情况,提出了一种约束构件内置的新型双重方钢管防屈曲支撑。该新型防屈曲支撑震后能够直观地观察到受力构件的变形情况,便于震后修复。应用Abaqus有限元软件对新型支撑进行数值分析,研究了长细比、约束比、径厚比、间隙以及摩擦力对支撑性能的影响。结果表明:长细比、约束比、间隙、摩擦力对支撑性能的影响较大,径厚比对支撑性能几乎无影响。同时,给出了可供设计参考使用的临界约束比曲线、间隙等参数。

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。

端部加强型双重钢管屈曲约束支撑影响因素研究

利用ANSYS软件对端部加强型双重钢管屈曲约束支撑进行单调加载,研究约束比、间厚比和径厚比等构造参数对支撑极限承载力的影响;通过APDL语言二次开发,分析临界约束比、临界间厚比和临界径厚比的取值范围。研究表明:约束比是影响屈曲约束支撑性能稳定发挥的重要因素,在不考虑初始缺陷情况下约束比不应小于1.5;当约束比满足要求时,随着内核钢管径厚比的增大,其临界间厚比上限值呈降低趋势,变化趋势接近于直线,临界间厚比应不大于0.18;约束比满足要求时,随着间厚比的增大,其临界径厚比上限值呈降低趋势,临界径厚比应不大于29。

十字形内芯含隔离钢管式防屈曲支撑及其滞回性能试验

本文提出了一种含隔离钢管式钢管混凝土防屈曲支撑,既解决了全钢防屈曲支撑长度较大时整体稳定性难以满足的问题,又解决了传统钢管混凝土防屈曲支撑混凝土与内芯接触易被压碎,且摩擦力大的问题。本文对此类防屈曲支撑进行了支撑构件足尺试验,旨在了解支撑的性能并探索其合理构造。结果表明,该支撑滞回曲线饱满稳定,具有良好的延性和耗能能力,且整体稳定性和局部稳定性良好。

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。

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。