文档介绍：工学博士学位论文全钢防屈曲支撑及其钢框架结构抗震性能与设计方法马宁哈尔滨工业大学 2010 年 7 月国内图书分类号: 学校代码: 10213 国际图书分类号: 624 密级:公开工学博士学位论文全钢防屈曲支撑及其钢框架结构抗震性能与设计方法博士研究生: 马宁导师: 欧进萍教授副导师: 吴斌教授申请学位: 工学博士学科: 防灾减灾工程及防护工程所在单位: 土木工程学院答辩日期: 2010 年 7 月授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: .: 624 Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering SEISMIC BEHAVIOR AND DESIGN METHOD OF ALL-STEEL BUCKLING RESTRAINED BRACES AND STEEL FRAMES Candidate : Ma Ning Supervisor : Prof. Ou Jinping,Member of CAE Associate Supervisor : Prof. Wu Bin Academic Degree Applied for : Doctor of Engineering Speciality : Disaster Mitigation Engineering Affiliation : Department of Civil Engneering Date of Defence : July, 2010 Degree-Conferring-Institution: Ha rbin Institute of Technology 摘要- I - 摘要本文通过理论分析和有限元模拟,对全钢防屈曲支撑的性能和构造参数进行探讨,提出了构件的设计方法;通过试验验证其方法并了解支撑的性能及合理构造;对全钢防屈曲支撑框架进行了抗震性能分析,提出了该结构体系基于能量的抗震设计方法。主要研究内容如下: (1) 针对防屈曲支撑整体失稳的破坏模式, 对外套管所需强度进行了推导,得到一字形内芯和十字形内芯防屈曲支撑外套管刚度的设计公式。针对防屈曲支撑局部失稳的破坏模式,推导出内芯对外套管的挤压力以及外套管承载力的表达式,从而得到了保证两种支撑局部稳定的外套管厚度计算公式。结果表明内芯宽厚比、间宽比和支撑的厚度比是影响支撑局部稳定性的重要因素, 并给出支撑最优间宽比取值。依照全钢防屈曲支撑特点进行内芯的局部稳定性分析,推导出一字形内芯防屈曲支撑不会过早发生屈曲的内芯宽厚比限值为 8 ,在此基础上建议十字形内芯的宽厚比不大于 5 。考虑内芯多波屈曲产生的变形得出支撑的疲劳寿命表达式,将理论结果与实验结果进行对比后表明,理论公式可以较准确地预测防屈曲支撑的疲劳寿命,并指出宽厚比和间宽比是影响支撑疲劳性能的重要因素。 (2) 应用 ABAQUS 程序,综合考虑多种非线性,计入内芯与外套管的摩擦力建立一字形内芯全钢防屈曲支撑的有限元模型,分析了在单轴压力作用下内芯对外套管挤压力的发展过程,以及设计参数对内芯与外套管接触作用、外套管承载力及支撑宏观性能的影响。分析表明,内芯与外套管的接触力随着内芯宽厚比、初始缺陷、间宽比的增大而增长,外套管的承载力随着约束比和厚度比的减小而减小,从而引起宏观上支撑承载力的降低;当取最优间宽比时摩擦力对承载力的变化影响很小;支撑临界约束比受到内芯初弯曲、宽厚比和间宽比的影响,经回归确定了临界约束比的拟合公式,并结合理论结果总结了支撑构件设计方法。(3) 以实际工程为依托,对十字形内芯外套方钢管的全钢防屈曲支撑进行支撑构件及子系统足尺试验研究,以了解其性能及合理构造并验证设计方法。首先根据性能要求进行支撑的设计。继而在 MTS 试验机上对第一根构件进行不含节点板的防屈曲支撑支撑单轴拉压试验,由于加工精度不足引起偏心,端头出现弯曲。改进设计后制作第二根构件进行试验,内芯在与外套管点焊位置断哈尔滨工业大学工学博士学位论文- II - 裂,表明内芯屈服段除必要的板件之间的连接焊缝外,不应出现额外焊缝连接接头。采用在下端加劲肋处局部加厚方式限制外套管下滑,设计了第三根构件并安装到加载框架上进行子系统足尺试验,顺利完成加载制度,且支撑的滞回曲线饱满稳定,受压强度提高系数及累积延性系数均满足要求。试验证明,改进后的十字形内芯全钢防屈曲支撑具有良好的延性及耗能能力,并且按本文提出的方法进行构件设计可以达到设计的目标应变且承载力不降低。(4) 对实际结构进行抗震性能分析,表明此结构在不同地震作用下均满足规范要求且防屈曲支撑符