耗能杆稳定设计方法与试验研究

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耗能杆(Energy Disspation Bar,EDB)是一种利用内核圆棒发生轴向塑性变形滞回消耗地震能量的金属阻尼器,布置在装配式混凝土结构中可提升节点和结构的耗能能力。耗能杆主要由耗能内核和约束套管两部分组成,耗能内核承受轴力,约束套管为耗能内核提供侧向支承,避免耗能内核受压发生低阶屈曲破坏。因为约束套管的限制作用,耗能杆内核可以在拉压时均达到全截面屈服从而充分发挥钢材良好的滞回耗能性能。为了充分发挥耗能杆优良的抗震性能,必须防止其发生整体和局部失稳而提前破坏,而国内外相关研究较少,为此对于耗能杆的稳定性研究具有重要的现实意义。本文在课题组提出全钢部分约束耗能杆(Partially restrained Energy Disspation bar,PED)的基础上,通过理论和试验研究了影响其整体稳定与局部稳定的影响因素,主要工作如下:(1)完成了11根部分约束耗能杆整体稳定试验。试验结果表明,约束套管壁厚越大、内核弹性段与屈服段截面面积比越小,部分约束耗能杆的整体稳定性越好。此外,即使耗能杆在最大加载幅值下未发生整体失稳,耗能杆在持续的较小加载幅值下仍有可能进入整体失稳。(2)基于有限元软件ABAQUS建立了部分约束耗能杆实体模型,数值分析结果与试验结果吻合较好。接着,通过参数分析研究了内核屈服段长度、屈服段与约束套管间隙、弹性段长度等对耗能杆整体稳定的影响。在考虑部分约束与全约束约束效果差异的基础上,提出了适用于部分约束耗能杆整体稳定的设计方法。(3)完成了8根部分约束耗能杆的内核局部失稳试验,试验结果表明,加载制度、内核外伸段长度、内核弹性段与屈服段截面面积比均会影响耗能杆外伸段的局部稳定。传统设计方法中以控制截面边缘屈服作为外伸段的失稳准则低估了构件实际的承载能力,因此建议将控制截面的边缘纤维达到抗拉强度作为判定外伸段失稳的依据。(4)建立了附加耗能杆的自复位装配式混凝土梁柱节点数值模型,比较了水平布置与斜向布置、强轴布置与弱轴布置、斜向布置角度以及固接与铰接等多种布置方式对耗能杆整体稳定的影响,并提出相应的布置建议。
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