文档介绍：硕士学位论文中期报告姓名学号院 (系) 土木工程学院学科工程力学与海洋工程导师论 文 题 目 防屈曲支撑及其钢框架结构多尺度有限元分析与试验研究中期报告日期 2013 年 3 月 26 ,其中有增加的内容,增加的内容涉及多尺度有限元建模。 防屈曲支撑的有限元建模选取防屈曲支撑的试验模型,对其进行有限元分析。 对选取的防屈曲支撑进行特征值屈曲分析提取一阶模态,作为内芯的初始几何缺陷,比例因子选为杆长的千分之一。图 1 内核芯一阶屈曲模态从图中可以看出,内芯的一阶屈曲模态基本符合实际情况。 钢材及混凝土本构模型的选取图 2 钢材本构模型钢材的本构选取双线性本构模型,强化段的弹性模量选取弹性模量的 0. 3 倍。图 3 混凝土本构模型混凝土的本构模型选择考虑损伤的本构模型,损伤因子的计算根据我国混凝土设计规范提供 的方法进行计算。 防屈曲支撑单调加载受力情况2图 4 轴向-21mm(压)时,内芯 Mises 应力云图图 5 轴向-21mm(压)时,荷载-位移曲线从图中可以看出,防屈曲支撑在单调加载的情况下,当达到屈服位移之后,将出现多播屈曲的情况。3图 6 轴向荷载作用下,内芯应力云图从上面图中可以发现,在没有发生屈服时刻,波数随着荷载的增加而增加;但是到达屈服时刻,波数达到稳定。 防屈曲支撑滞回曲线图 7 普通防屈曲支撑滞回曲线4图 8 防屈曲支撑滞回曲线通过普通支撑与防屈曲支撑的滞回曲线可以看出:(1)普通支撑在受压时,承载力下降,其主要原因是由于在受压时,发生屈曲;(2)防屈曲支撑在受压时候,约束单元使得核心单元发生多波的屈曲,使得其承载力在受压时较高;(3)从滞回曲线中可以看出,防屈曲支撑的耗能效果较普通支撑的耗能效果较好。 防屈曲支撑试验方案的设计针对不同类型及尺寸的防屈曲支撑构件,每种各设计制作了 2 个完全相同的试件,分别进行轴向荷载和水平荷载作用下的试验研究,试验结果互为对比验证。按在实际工程中需按承载力和刚度的要求对防屈曲支撑进行设计,根据实际工程中的常用尺寸进行缩尺,轴向荷载下的试件(BRB-1)按 1:10 缩尺,水平荷载下的试件(BRB-2)按 1:5 缩尺。工字形截面内核单元的防屈曲支撑试件的详细构造尺寸如图 9、10 及表1、2 所示。防屈曲支撑 BRB-1, 2 约束单元中的外包钢管为矩形钢管截面,截面分别120x100mm 和 240x200mm,钢管的两端用封板封口,封板分别厚 8mm 和 16mm,在5中心开工字形孔,以便内核单元能够穿入钢管。新型防屈曲支撑中的无粘结材料采用三层聚***乙烯塑料膜。全部采用工程中采用的螺栓连接形式。(a)BRB-1 试件(b)BRB-1 试件截面图图 9 防屈曲支撑构造详图表 1 防屈曲支撑构造一览表内核单元强度等级外包钢管强度等级外包混凝土强度等级无粘结材料连接方式Q345 Q345 C30 塑料薄膜6螺栓连接(a)BRB-2 试件(b)BRB-2 试件截面图图 10 防屈曲支撑构造详图表 2 防屈曲支撑构造一览表内核单元强度等级外包钢管强度等级外包混凝土强度等级无粘结材料连接方式Q345B   Q345B C307塑料薄膜 试件制作防屈曲支撑内核单元采用钢板焊接形成工字形截面,然后对其进行边角磨平处理,去除毛刺,使内核单元截面均匀、外观平滑。在试验时,将防屈曲支撑通过高强螺栓和连接板与节点板相连,所有构件均按实验要求按照工程中防屈曲支撑及其节点的原型按比例缩尺。将节点焊接在 20mm 的端板上,下端端板通过高强螺栓与反力架顶梁相连,下端板与反力架底梁之间设置油压千斤顶。给试件提供拉压循环往复荷载。防屈曲支撑工字形截面需要与混凝土之间留有一定的空隙,否则当支撑受压时,会导致上述部分与混凝土接触挤压,导致支撑受压承载力提高。在浇注混凝土前上述部分预先粘牢泡沫占据空间,在浇筑混凝土后可预留约 50mm 的空间。同时为了使内核单元在受压时能够自由横向变形,在一字形钢板的两侧也粘贴了约 3mm 厚的橡胶皮。在制作好的支撑内核上等距粘贴应变片后,包裹上三层聚***乙烯塑料膜作为无粘结材料。将外包钢管按尺寸下料后,一端先焊上中心开工字形口的封板,另一端开口用于浇注混凝土。将内核单元置于约束钢管中,定位后用钢筋点焊固定二者的相对位置,为防止浇注混凝土时大量水分从钢管封板开的工字形口中流失,用棉花堵住内核单元与钢管封板之间的缝隙。浇注并充分养护混凝土后,将另一端的钢管封板、端板以及加