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随着建筑物抗震技术的发展及对抗震机理的深入分析,耗能减震成为抗震技术的一个发展趋势。耗能抗震技术通过消能阻尼器吸收地震能量,地震时,这些抗震装置虽然和其它结构构件一起共同承受地震载荷,但这些抗震装置首先发生屈服,靠反复载荷滞后吸收地震能量,保护主体结构及建筑的安全。
其中用低屈服点钢材制成的钢板耗能器具有滞回曲线形状丰满,性能稳定,构造简单、易维修更换、且具有较强的耗能能力、低周疲劳性能好、不易受环境温度的影响等优点,在实际工程中的应用前景极为广阔。为了更全面的研究本文中的钢板耗能器,包括循环往复荷载作用下的耗能性能以及低周疲劳寿命问题,现具体研究内容如下:
首先研究了受平面内作用力下的不同高厚比的普通钢板的应力分布情况,并以此为基础通过对钢板的几何形状进行了平面几何优化,提出了四种形式的钢板耗能装置。当高厚比λ接近0.1时,方钢板的初始极限位移几乎为一定值,原因是高厚比较小时,在平面内水平位移荷载作用下钢板会发生平面外屈曲,导致初始极限位移较小,当高厚比接近0.1时,即可以消除平面外变形的影响。当高厚比λ=0.1时,达到方钢板的最优高厚比,单位厚度极限承载力最大,材料性能得到充分发挥。
为了分析新型钢板耗能器的滞回耗能情况,并就开孔形式对其性能影响进行研究,本文借助ABAQUS有限元软件对耗能器进行了有限元单调和往复加载数值模拟分析,并进行了试验验证。为了合理预估钢板耗能器的低周疲劳寿命,减少试验次数,降低试验费用,采用商业疲劳分析软件MSC.Fatigue对不同开孔形状的钢板耗能器进行了应力场和疲劳寿命的有限元仿真,对比分析了各种孔型的仿真结果。
将钢板耗能器扩展制作成耗能墙,研究了内藏加强肋的开孔式双层钢板耗能墙,揭示其在低周反复荷载作用下的破坏过程和破坏机理。内嵌双层耗能钢板采用带孔的分块耗能钢板通过高强螺栓连接,安装方便,局部破坏只需局部更换,不需全部替换,节约资源,降低费用,内藏加强肋的开孔式双层钢板耗能墙是一种理想的水平抗侧力构件。