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屈曲约束支撑阻尼器是一种新型的金属屈服耗能构件,具有性能稳定、耗能能力强、长期使用及维护费用都很优越等优点。因此,近年来在国内外尤其是日本和美国的研究与应用逐渐增多。但很多屈曲约束支撑在设计构造和端部连接等问题上仍存在一定程度的缺陷,极大地限制了屈曲约束支撑在结构中的应用。
本文采用理论推导、数值分析和试验研究相结合的路线提出了一种新型屈曲约束支撑,其由核心受力圆管、约束内管、约束外管、填充板条、定位器及端部连接件组成。约束内管、外管通过定位器与核心受力圆管相连,在新型屈曲约束支撑受力的整个过程中,约束内管、外管及填充板条抑制核心受力圆管整体屈曲及局部屈曲的发生,使得核心受力圆管处于轴心受力状态,在外荷载作用下产生拉压塑性变形,从而耗散外部输入结构的能量。这种屈曲约束支撑基本上克服了以往此类构件的主要缺点。
本文针对此新型屈曲约束支撑的构造组成、耗能性能进行了理论和试验研究。首先,针对现有屈曲约束支撑存在的问题,从概念层次提出新型屈曲约束支撑的构造组成。鉴于新型屈曲约束支撑的构成及受力特点,分析了其数值计算中所包含的非线性因素,指出其中的难点是接触问题。在详细介绍接触算法基础上,有针对性地优选了计算程序,确定了建模方法和求解策略。然后,利用非线性有限元作为计算工具,通过对新型屈曲约束支撑开展不断尝试、修正、再尝试的研究过程,不断更新其构造组成和措施,最终确定了耗能性能优越的新型BRB阻尼器的详细构造。同时,从理论角度出发,对核心受力圆管屈服段截面面积、核心圆管开槽率、端部无约束段长度、内外圆管尺寸等参数计算方法进行了研究,并且提出了带有新型屈曲约束支撑框架的设计流程。最后,循序渐进地完成了三根新型屈曲约束支撑的低周反复荷载试验。试验结果表明:新型屈曲约束支撑中,在约束部件的作用下,核心受力部件的整体和局部屈曲都受到有效地限制。从而在受拉和受压条件下都能达到材料屈服,因此其拥有优越的、性能稳定的耗能性能;试验结果也说明了材料低周疲劳性能对屈曲约束支撑耗能能力具有较为直接地影响。