两端加强式三重方钢管耗能器的抗震性能研究

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地震这一自然灾害每年都会造成大量建筑物的破坏,建筑抗震一直是人类在抗震方面研究的关键之处。国内外学者研究发现,设置支撑的建筑结构具有良好的延性,可以有效抵抗地震的侵害,近年来一种新型的支撑—耗能器支撑(防屈曲支撑)被大量的研究和应用,这种支撑不仅可以起到普通支撑提高结构抗侧刚度的作用,而且在罕遇地震下可以起到耗能减震的作用,是一种具有良好抗震耗能性能的支撑形式。根据国内外对耗能器的研究成果,参考广州大学研究的开洞式三重方钢管防屈曲支撑的论文研究,本文提出两端加强式三重方钢管耗能器。本文对两端加强式三重方钢管耗能器进行了整体稳定、局部稳定以及约束单元钢管和核心钢管间间隙的理论分析,得出耗能器约束比、核心钢管宽厚比和钢管间隙的理论取值。利用ABAQUS有限元软件对两端加强式三重方钢管耗能器进行了有限元分析,建立了14组有限元模型,分别研究了间隙、核心钢管宽厚比和耗能器约束比对耗能器支撑承载力和滞回耗能性能的影响,给出各参数的建议取值。利用SAP2000有限元软件对纯框架结构、设置普通支撑框架结构和设置两端加强式三重方钢管耗能器框架结构进行了反应谱分析和时程分析,对比了各种框架在常遇地震和罕遇地震下的抗震性能。对两端加强式三重方钢管耗能器的有限元分析表明:约束钢管与核心钢管的间隙为1mm时,内外约束钢管可以起到较好的约束作用,耗能器滞回曲线最为饱满;耗能器核心方钢管宽厚比为13.3时,可以避免核心方钢管发生整体屈曲,并且整个耗能器支撑具有优良的滞回性能;耗能器约束比为35时,支撑表现出优良的滞回性能。对纯框架结构、设置普通支撑框架结构和设置两端加强式三重方钢管耗能器框架的有限元分析中,反应谱分析表明设置耗能器支撑和普通支撑的框架结构在周期、层间位移和层间位移角与纯框架相比有很大程度的减小;在常遇地震下的分析表明:设置了支撑(耗能器支撑和普通支撑)的框架与纯框架相比顶层位移明显减小,顶层加速度明显增大,设置普通支撑的框架和设置耗能器支撑的框架的顶层位移和顶层加速度基本相同,说明常遇地震下结构还处于弹性阶段,耗能器支撑还未产生耗能作用;在罕遇地震下的分析表明:设置耗能器支撑的框架与设置普通支撑的框架相比顶层位移和顶层加速度明显减小,说明罕遇地震下耗能器支撑开始发挥耗能作用,其抗震性能优于普通支撑框架。
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