Experimental study on hysteretic performance of steel-plate assembled buckling-restrained brace

提出一种钢板装配式屈曲约束支撑,支撑的各部件由钢板装配而成,在一字形核心单元局部进行了开孔,以实现定点屈服和多点屈服耗能,外约束单元端部采取了局部加强措施,以避免端部局部失稳破坏。设计、制作了3个试件,对其进行低周反复加载试验,研究核心单元开孔、支撑端部构造以及支撑固接和铰接连接形式对屈曲约束支撑滞回性能的影响。研究结果表明：该种支撑的滞回曲线饱满,耗能性能稳定,等效黏滞阻尼比在0.37~0.48之间;支撑延性好,累计塑性变形能力强;在设计位移下支撑拉压不均匀系数能够满足规范要求;支撑恢复力模型可采用双线性模型模拟;核心单元开孔可实现定点屈服和多点屈服耗能;支撑端部的加强措施对端部起到了保护作用;端部无论采用固接还是铰接都可以保证支撑的工作性能。     

开孔板式屈曲约束支撑拟静力滞回性能试验研究

提出一种开孔板式屈曲约束支撑(PPBRB),该支撑核心单元为开孔的一字形钢板,约束套管采用钢板焊接而成,并在端部加设加劲套箍。设计制作4支PPBRB试件,对其进行拟静力滞回性能试验,研究开孔板式屈曲约束支撑滞回耗能能力、承载力性能以及累积塑性变形能力。研究结果表明:该支撑构造合理,滞回曲线饱满,滞回性能稳定,耗能性能优良;支撑端部构造设计合理,能够保证支撑正常工作;铰接与固接的连接方式均能保证支撑性能得到有效发挥。     

开孔钢板装配式屈曲约束支撑减震性能试验研究

为研究核心单元开孔对屈曲约束支撑减震性能的影响,检测端部套箍对抑制支撑端部变形的有效性,设计了4个不同开孔形式的开孔钢板装配式屈曲约束支撑试件,进行低周反复加载试验和受力性能分析。研究结果表明:4个试件的滞回性能稳定、滞回曲线饱满、耗能能力强;拉、压不均匀系数最大为1.25,拉、压承载力对称性良好;累积塑性变形能力参数均能达到1 300以上,说明试件具有较好的累积塑性变形能力;试件的各项疲劳性能指标均满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》的要求;端部套箍能够限制支撑端部变形;核心单元开孔后能使支撑较早进入塑性耗能阶段,降低核心单元与外约束单元之间的摩擦力,增加屈曲约束支撑的累积塑性变形能力。     

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。     

开孔双核心钢板装配式屈曲约束支撑性能分析研究

为解决一字型单核心钢板装配式屈曲约束支撑(SBRB)承载力小、连接节点构造复杂等问题,提出一种开孔双核心钢板装配式屈曲约束支撑(PDBRB),介绍了其组成、构造与特点,设计四组试件,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究PDBRB与SBRB和一字型双核心钢板装配式屈曲约束支撑(DBRB)性能的差异,考察PDBRB构造的合理性及可行性,结果表明:PDBRB两块核心板能够协同工作,与等刚度的SBRB和DBRB试件相比,受力更加稳定可靠;PDBRB滞回曲线饱满,耗能性能良好,与等屈服力或等刚度等屈服力的SBRB和DBRB试件相比,其屈服后刚度比较小;PDBRB核心单元外伸段的抗弯承载力较大,端部不易失稳。     

开孔钢板装配式屈曲约束支撑设计方法研究

文章结合开孔钢板装配式屈曲约束支撑研究成果和相关规范,提出开孔钢板装配式屈曲约束支撑的设计方法,给出其设计流程,并通过4个开孔钢板装配式屈曲约束支撑的拟静力试验对设计方法与流程的合理性和有效性进行验证。试验结果表明提出的开孔钢板装配式屈曲约束支撑设计方法与流程合理有效,可供实际工程使用;根据设计方法与流程得到的开孔钢板装配式屈曲约束支撑力学性能实测值与设计值吻合较好、整体与局部稳定性好,滞回性能稳定、滞回曲线饱满、耗能能力强、承载力对称性和塑性变形能力良好、抗疲劳性能稳定。     

局部削弱型防屈曲约束支撑有限元数值分析

为实现防屈曲约束支撑定点屈服并兼具可装配的功能,文中提出一种新形式的装配式局部削弱型防屈曲约束支撑。为研究该新型防屈曲约束支撑的性能,采用ABAQUS有限元软件对试件进行数值模拟。研究结果表明,局部削弱可以实现定点屈服,但开孔不宜过大,否则出现严重的局部屈曲。间隙和较小的初始缺陷对构件性能基本无影响。随着加劲肋的增多,构件的滞回曲线越饱满。内芯构件的屈服点越低,耗能系数越大。     

装配式双铝合金内芯屈曲约束支撑滞回性能试验研究

为了研究采用A5083铝合金作为芯材的屈曲约束支撑的滞回性能和疲劳性能，提出了一种双铝合金内芯装配式屈曲约束支撑，以芯板开孔、芯板与约束板的间隙作为变化参数，设计了3个试件，对其进行拟静力试验研究。结果表明：双铝合金内芯装配式屈曲约束支撑的滞回曲线饱满对称，耗能能力、塑性变形能力及疲劳性能良好，表现出明显的应变强化和循环硬化特性；芯板开孔起到了保护芯板端部、使支撑充分耗能的作用；芯板与约束板间1～2 mm的间隙，设置合理；开孔芯板的多波屈曲分布均匀，主要出现在开孔区域内，芯板开孔避免了芯板端部的应力集中，使支撑的受力更均衡。采用经验证的有限元分析方法对支撑进行分析，结果表明：芯板从开孔段到未开孔段依次屈服，最终实现全耗能段的屈服；采用A5083铝合金与LY160低屈服点钢材作为芯材的支撑有良好且相近的耗能能力，但A5083铝合金可以有效降低支撑的质量，节约成本。     

新型钢框架节点的耗能板件参数化数值分析

将屈曲约束理念引入钢框架节点,提出了一种含可更换屈曲约束耗能组件的钢框架节点,地震时屈曲约束耗能板件率先屈服保护主体结构免于损伤。采用ABAQUS有限元软件建立了节点的屈曲约束耗能板件的数值模型,对其滞回性能进行了参数化数值分析。结果表明:加强端部约束可以有效提高耗能板件滞回性能,这表明提出的节点可以实现预期性能;端部约束较强时,核心板非约束段长度对其滞回性能影响较小。     

新型全钢防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验

为减少传统防屈曲支撑(BRB)的十字形支撑内芯在焊接后所产生的残余弯曲变形,提出一种新型全角钢式防屈曲支撑(ABRB)。该支撑的内芯由4个等边角钢通过屈服段无焊接技术组合而成,约束构件则由两个等边角钢沿纵向焊接组合而成。对4个ABRB试件进行拟静力滞回性能试验,重点考察支撑边界条件,支撑端部转动约束构造、内芯外伸段构造以及加力长度等因素对其滞回性能的影响。试验前首先对试件内芯的初始弯曲进行测量,结果表明,绝大多数试件内芯屈服段的相对初始弯曲均有效控制在1/1000以内。拟静力试验结果表明,当支撑端部边界条件为固接时,ABRB的延性及耗能发展最为充分;当支撑两端为铰接且支撑端部无转动约束时则较容易发生内芯外伸段的局部压弯破坏,且当加力长度增加时,局部压弯破坏则越早发生,但该破坏模式可通过在铰接ABRB两端设置转动约束构件的构造予以避免。对试件的抗震性能分析表明,构造合理的ABRB表现出较好的延性以及十分稳定的累积滞回耗能特性,因此ABRB可作为有效的耗能减震装置应用于工程结构中。最后提出进一步改进的建议以及有待深入研究的问题,为此类支撑性能的进一步完善奠定基础。     

不同构造钢板装配式屈曲约束支撑性能试验研究

设计5个钢板装配式屈曲约束支撑（Buckling-Restrained Brace, BRB）试件,对其进行低周反复试验,研究无黏结材料、约束比和加载制度等对其力学性能的影响。结果表明：无黏结材料能有效减小外约束单元与核心单元之间的摩擦力,设置无黏结材料的屈曲约束支撑滞回曲线对称、饱满,耗能性能稳定,有较强的抗疲劳能力;设置无黏结材料钢板装配式屈曲约束支撑等效黏滞阻尼比曲线呈现两阶段双线性的特征;约束比小于1的钢板装配式屈曲约束支撑发生整体屈曲失稳;先压后拉和先拉后压的加载方式对屈曲约束支撑滞回性能基本没有影响;基于屈曲约束支撑先于主体结构屈服和不发生因塑性能力不足而提前破坏的设计原则,工程设计中建议屈曲约束支撑延性系数μmax＞13,累积塑性变形CPD＞1200。     

可更换屈曲约束支撑的有限元分析

针对传统屈曲约束支撑结构在震后修复困难、需要整体更换等问题,本文根据“定点屈服”原理,提出一种新型可更换屈曲约束支撑(RBRB),其具有更换方便、只需更换耗能段核心单元即可恢复使用功能等特点。本文运用有限元软件ABAQUS对其进行数值模拟计算,主要研究了RBRB的抗震性能并分析不同开孔形式对RBRB抗震性能的影响,研究结果表明：该RBRB构造合理,具有良好的耗能能力和抗疲劳性能,滞回曲线稳定;当核心单元的截面面积一定时,随着开孔排数的增加,RBRB的延性性能逐渐降低,但均能满足罕遇地震作用下支撑的大变形需求;RBRB开孔段芯材受压变形为压缩、弯曲与剪切组合的机制,随着开孔排数的增加,剪切变形越明显,剪切变形容易导致RBRB发生面内失稳;由于一排孔的RBRB延性性能与整体性能优于两排孔、三排孔,且考虑加工难度,减少开孔数量,建议采用一排孔的RBRB。     

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。     

屈曲约束支撑滞回性能的影响因素

为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响,设计了螺栓连接和铰接2种连接方式,"十"字形、"T"形及"一"字形3种芯材截面形式,端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式,沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验,分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明:7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强;承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大,割线刚度随加载位移的增大而降低,恢复力模型具有典型的双线性特征;连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响,芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明,两角钢具有协同的工作性能;提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。     

耗能支撑框架结构滞回性能分析

新型腹板开孔屈服耗能支撑具有良好的延性和耗能能力,将其应用于框架结构中,可提高框架的抗侧刚度,组成的支撑框架结构具有较好的耗能能力.采用ABAQUS有限元软件,研究了不同参数的耗能支撑与框架之间分别采用焊接连接和板铰连接组成的支撑框架结构的滞回性能.有限元分析结果表明:耗能支撑主要依靠端部工字钢开孔腹板的孔间板件弯曲屈服耗能,滞回曲线饱满.支撑框架耗散的能量随着耗能支撑耗散能量的增加而增加,加载前期,支撑框架主要由耗能支撑耗能.随着层间位移角的增大,梁柱部分进入塑性后,支撑耗能在结构中的耗能所占比例逐渐减小,孔间板件和柱脚翼缘进入塑性程度均增加.支撑端部采用焊接连接方式或板铰连接方式对支撑及框架的滞回性能影响不显著,板铰连接方式下支撑框架的承载力略高.     

新型全钢加劲屈曲约束支撑性能分析及试验研究

针对传统屈曲约束支撑的不足,提出一种新型全钢加劲屈曲约束支撑。根据该新型支撑约束单元的构造及受力特点,提出简化的力学分析模型,对该型支撑的整体稳定及局部稳定问题进行分析,并对核心单元与约束单元间隙及摩擦作用进行了讨论。对该型支撑进行的数值模拟分析和性能试验研究结果表明:简化的理论分析模型可用于工程实践中屈曲约束支撑的设计;新型全钢加劲屈曲约束支撑滞回曲线饱满,耗能性能稳定。     

端部直接连接的三重钢管屈曲约束支撑性能分析研究

该文提出一种端部直接连接三重钢管屈曲约束支撑(End directly connected triple steel tube buckling-restrained brace,简称EDTBRB),介绍其构造方式与特点。采用ABAQUS有限元分析软件,对EDTBRB与传统三重钢管屈曲约束支撑(Triple steel tube buckling-restrained brace,简称TBRB)的力学性能,不同设计参数对EDTBRB的影响进行分析,研究EDTBRB的性能及径厚比、长径比、初始缺陷对其滞回性能的影响。分析结果表明：端部直接连接方式改善了端部的应力分布,有效避免地震作用下连接段先于核心单元发生屈服或破坏;相同设计参数的EDTBRB与TBRB的主要力学性能基本相近;EDTBRB的径厚比与长径比越大,发生屈曲时的位移幅值越小,EDTBRB越容易失稳,建议设计EDTBRB的径厚比与长径比的取值上限分别为15、30;初始缺陷的大小对EDTBRB的滞回性能、耗能性能影响不大。