新型屈曲约束支撑的工程应用研究

论文摘要

在框架结构中设置支撑可以在一定程度上提高框架的抗侧刚度,减小结构的层间位移。然而如果设置的是传统支撑,则在罕遇地震作用下极有可能因为受压屈曲而退出工作,这使得结构的抗震能力大为下降甚至有发生倒塌的危险。为了改善支撑的屈曲性能,使得在地震作用下支撑不发生侧向屈曲,相对于传统中心支撑框架提出了一种可以避免屈曲的支撑,称为屈曲约束支撑（Buckling-Restrained Braces ,简称BRB）。这种屈曲约束支撑已经在美国、日本以及中国的台湾等地震高发地区大量被采用,而且经历了地震的考验表现出了良好的抗震性能。BRB支撑经过数十年的发展和应用,已经形成了材料、形式及种类众多的构件,然而在这众多构件中,大多数存在材料和截面型形、节点连接方式等方面的不足,难于应用于实际工程中;对于简单的形式,往往又因为内核的承载能力不足而且不能使用在一些高层建筑中。本文提出一种全新截面的屈曲约束构件,它是经广东省建筑科学研究院和广州大学抗震研究中心联合开发的一种新型屈曲约束支撑——铰接双槽钢屈曲约束支撑（已申请国家专利）。本文对屈曲约束支撑从概念,发展和应用及其设计理论等进行总体上的说明。介绍该新型屈曲约束支撑的构造,形式和特点,重点介绍通过对一根足尺的屈曲支撑所做的性能试验,得出其力学性能的过程,以及如何确定其力学模型和相关抗震性能指标,为后续的屈曲约束支撑框架结构设计提供设计参数和设计资料。提出适合于该屈曲支撑用于工程实际时所需的分析方法和设计方法,并应用结构设计和分析软件ETABS对这些分析方法和设计方法进行实现,在此过程中重点考察分析了该新型支撑的抗震性能优势。以一个工程应用实例——广东省建筑科学研究院实验检测大楼为对象,对该结构进行添加新型屈曲约束支撑前后的抗震性能进行对比分析,总结出其添加该支撑后抗震性能优劣,对其适用性进行评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与资料来源
• 1.2 屈曲约束支撑的研究背景及研究现状
• 1.2.1 屈曲约束支撑的研究背景
• 1.2.2 屈曲约束支撑的国外发展情况与现状
• 1.2.3 屈曲约束支撑在我国的研究现状
• 1.3 屈曲约束支撑的形式及分类
• 1.4 屈曲约束支撑的力学性能和优缺点
• 1.4.1 屈曲约束支撑的力学性能
• 1.4.2 屈曲约束支撑的优缺点
• 1.5 屈曲约束支撑在工程中的应用
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 屈曲约束支撑构件设计理论
• 2.1 屈曲约束支撑的稳定性参数及要求
• 2.1.1 支撑构件的整体稳定
• 2.1.2 支撑核心段的整体稳定
• 2.1.3 内核单元杆端无约束区扭转失稳
• 2.2 屈曲约束支撑其他基本参数及要求
• 2.2.1 屈曲约束支撑间隙的确定
• 2.2.2 屈曲约束支撑内核板件宽厚比
• 2.2.3 约束刚度
• 2.2.4 应力集中因子
• 2.2.5 等效刚度
• 2.2.6 芯材断面积的取值
• 2.3 支撑承载力设计
• 2.3.1 设计承载力
• 2.3.2 屈服承载力
• 2.3.3 极限承载力
• 2.4 屈曲约束支撑的连接设计
• 2.4.1 支撑连接段设计
• 2.4.2 支撑与梁、柱连接板设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 新型屈曲约束支撑构造及性能试验
• 3.1 新型屈曲约束支撑构造说明
• 3.1.1 铰接双槽钢屈曲约束支撑产生及构造
• 3.1.2 铰接双槽钢屈曲约束支撑的优点
• 3.2 足尺屈曲约束支撑构件制作
• 3.2.1 足尺屈曲约束构件材料性能试验
• 3.2.2 足尺屈曲约束构件的制作
• 3.3 足尺新型屈曲约束支撑的力学性能试验
• 3.3.1 试验方案
• 3.3.2 试验仪器及设备
• 3.3.4 试验具体内容及结果
• 3.3.5 构件力学模型及抗震性能指标
• 3.4 本章小结
• 第四章 新型屈曲约束支撑结构体系设计方法
• 4.1 设计方法概述
• 4.1.1 振型分解反应谱法
• 4.1.2 屈曲约束支撑的等价线性化处理
• 4.2 新型屈曲约束支撑结构体系的概念设计
• 4.2.1 屈曲约束支撑结构的适用范围和设防目标
• 4.2.2 屈曲约束支撑的布置原则
• 4.3 新型屈曲约束支撑结构体系基于结构期望位移角的设计方法
• 4.3.1 设计方法
• 4.3.2 设计实例
• 4.4 新型屈曲约束支撑结构体系基于结构期望阻尼比的设计方法
• 4.4.1 设计方法
• 4.4.2 设计实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 新型屈曲约束支撑结构抗震性能分析及工程实例
• 5.1 时程分析方法概述
• 5.1.1 时程分析法用于屈曲约束支撑结构体系方法概述
• 5.1.2 屈曲约束支撑结构体系的恢复力模型及阻尼的调整
• 5.1.3 地震波的选用及调整
• 5.2 新型屈曲约束支撑结构的时程分析
• 5.2.1 多遇地震下的时程分析
• 5.2.2 罕遇地震下的时程分析
• 5.3 添加新型屈曲约束支撑的工程实例分析
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 原结构抗震性能分析
• 5.3.3 添加新型屈曲约束支撑结构抗震性能分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件