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屈曲约束支撑一种利用金属屈服滞回耗散地震能量的耗能装置,具有性能可靠、制作方便、成本低廉等优点,安装于新建或已有结构上,可以有效地控制地震响应,减轻地震对主体结构的损伤作用。新型圆管屈曲约束支撑是在传统屈曲约束支撑的基础上发展起来的,传统屈曲约束支撑通过加强端部截面来保证核心单元约束屈服段屈服时端部无约束非屈服段保持弹性状态,而新型圆管屈曲约束支撑是通过开槽削弱核心圆管中部截面,使得中部截面率先进入屈服阶段,从而确保端部截面始终处于弹性阶段。针对这种新型屈曲约束支撑构件,本文采用理论推导、数值分析和试验研究相结合的路线对其抗震性能展开研究,具体内容包括:
首先,针对新型圆管屈曲约束支撑可能出现的失稳形式,开展稳定理论分析,提出保证屈曲约束支撑不发生整体和局部失稳的构造条件;通过引入计算假定,推导了其等效刚度计算公式和间隙的最小理论值,为新型圆管屈曲约束支撑的构造设计提供理论支持;
其次,鉴于新型圆管屈曲约束的构成及受力特点,探讨了有限元建模原则和计算策略。针对屈曲约束支撑涉及的接触非线性,分别采用显示动力分析和隐式分析进行了模拟,并依据这些建模分析方法对新型圆管屈曲约束支撑进行了有限元分析。通过对构件的单向和循环加载模拟,分别考察了内外约束套管、间隙取值、几何初始缺陷、约束比等参数对屈曲约束支撑的影响,为新型圆管屈曲约束支撑的设计提供依据;
最后,采用国产普通钢材制作两个构造完全相同的构件,分别按照进行退火、未退火处理,并依次进行低周静力往复荷载试验。试验结果显示该类耗能器呈现出稳定、对称的滞回性能:一方面,两个试件都能达到拉压屈服,说明核心圆管的整体屈曲和局部屈曲都受到有效的限制,从而实现受压全截面屈服;另一方面,两个试件的累积塑性变形均满足FEMA规定的140倍累积塑性变形,提供可靠的能量耗散性能,有力的说明了新型圆管屈曲约束支撑构造的合理性。退火构件由于屈服强度明显降低,破坏形态也由构件一的节点破坏转为构件受拉疲劳破坏,表现出更加稳定的耗能能力。