低屈服点全钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

目前防屈曲支撑在大跨高层钢框架结构中应用广泛，其形式复杂多样，性能良莠不齐。为研究低屈服点全钢防屈曲支撑产品的抗震性能，对日本住金关西工业株式会社的4个低屈服点防屈曲支撑构件进行拉压往复加载试验研究，试验测定各试件的轴力和轴向相对位移曲线，结果显示试件均以加劲肋焊缝或芯材的超低周疲劳断裂为破坏模式，试件滞回曲线饱满，无捏拢退化现象。分析表明，此类构件能防止芯材在屈服前发生压曲，充分发挥低屈服点钢材延性好的优势。试件在循环荷载作用下，强化特征明显，强化后的应力能达到初始应力的2—4倍。该类试件在往复荷载下等效黏性阻尼比较大，具有良好的塑性变形能力和耗能能力。

低屈服点钢材LYP100循环加载试验

为了准确模拟低屈服点钢材LYP100的弹塑性地震反应,需要对材料的循环本构关系进行研究.采用16种不同加载制度对LYP100的20个试件进行试验,分析单调曲线、滞回曲线、破坏形态、延性特点等.基于Ramberg-Osgood模型对逐级加载下的循环骨架曲线进行拟合.利用试验数据标定LYP100钢材的等向强化和随动强化参数,通过ABAQUS有限元数值模拟进行参数数值的验证.结果表明,LYP100钢材表现出明显的循环硬化特征;LYP100经历过循环荷载加载以后仍具有良好的延性;采用Ramberg-Osgood模型可以较好地模拟LYP100在逐级循环加载下的骨架曲线;标定的强化模型参数,应用到ABAQUS有限元软件中时,计算结果与试验结果接近.

循环荷载下低屈服点钢材LYP225的力学性能

为了研究低屈服点钢材LYP225的循环本构关系,对18个试件进行单调加载和循环加载,研究其单调曲线、滞回特点、破坏形态等.基于Ramberg-Osgood模型拟合了对称逐级加载下的循环骨架曲线,通过试验滞回数据标定了基于Chaboche模型的等向强化和随动强化参数,并将其输入到Abaqus软件的混合强化模型中,对强化参数的准确性进行验证.结果表明:LYP225钢材的应力-应变关系与加载历史相关;在不同加载制度下LYP225钢材均表现出良好的延性特征;采用Ramberg-Osgood模型能较好地模拟LYP225钢材在循环对称逐级加载下的骨架曲线;将标定的混合强化参数输入到Abaqus软件中,所得结果能准确模拟LYP225钢材的滞回曲线.因此,LYP225钢材在循环荷载下的性能不同于单调荷载,通过试验数据拟合的强化参数可用于整体结构中的地震反应分析.

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。

腹板式钢制防屈曲支撑力学性能试验研究

防屈曲支撑是一种具有良好应用前景的耗能减震构件,兼具中心支撑和位移型阻尼器的功能,克服了传统支撑受压屈曲的缺点。提出了由平板截面焊接组合而成且芯板为低屈服点钢的腹板式钢制防屈曲支撑,为检验其抗震性能,对4个试件进行拟静力往复加载试验。研究了试件的受力过程及耗能机理,并对力-位移滞回曲线、恢复力模型、累计塑性变形及能量耗散能力等抗震性能进行了分析,基于ANSYS软件对试件的滞回性能进行了模拟,并与试验结果进行了对比分析,验证了这种防屈曲支撑工作可靠,具有良好的滞回性能及低周疲劳性能。数值计算表明,在地震动作用下装有这种防屈曲支撑的框架结构具有良好的减震效果。

装有腹板式钢制防屈曲支撑框架结构振动台试验及分析

为研究腹板式钢制防屈曲支撑及普通支撑在动力荷载下力学性能,对装有腹板式钢制防屈曲支撑及普通支撑框架结构进行模拟地震振动台试验,比较两种支撑的减震效果。采用有限元方法进行振动台试验数值计算。试验及有限元分析结果均表明,腹板式钢制防屈曲支撑对结构位移反应有较好控制效果,为理想的消能装置。小震时两种框架结构层间位移基本相同,亦可为结构提供初始刚度;随地震峰值的增加框架结构层间位移远小于普通支撑框架结构,腹板式钢制防屈曲支撑可在主体结构进入弹塑性变形前消耗地震能量,降低结构损伤。

安装有防屈曲支撑建筑的地震模拟与经济性分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,用ABAQUS有限元软件模拟一栋建筑的地震反应。比较原设计结构与减少梁柱面积但安装有防屈曲支撑的减缩结构这2种方案下的地震响应,使两者的层间位移角相近并满足规范要求,进而做经济性对比。结果表明,防屈曲支撑可以有效地减小结构地震响应,并且先于梁柱破坏,保护主体结构安全;安装防屈曲支撑的结构在满足设计要求的同时,还可以节省建筑成本,缩短施工工期。