板件屈服耗能支撑滞回性能试验及恢复力模型研究

作     者：张鹏杰 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵宝成

授予年度：2022年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：耗能支撑 不锈钢 单侧装配式耗能 特征曲线 Bouc-Wen模型 

摘      要：板件屈服耗能支撑是由金属阻尼器与支撑斜杆结合形成的一种非承重耗能构件,在设防地震作用下,支撑的耗能板件发生塑性变形耗散地震能量,先于主体结构发生破坏,避免或延迟主体结构出现明显的非弹性变形。为了研究板件耗能支撑的滞回性能,本文进行了不锈钢板件屈服耗能支撑和单侧装配式板件耗能支撑的低周往复加载试验,并补充了不锈钢板件屈服耗能支撑滞回性能参数分析。在总结前人试验及本文试验的基础上,得到了板件屈服耗能支撑的恢复力模型。本文设计了2个不锈钢作为耗能材料的板件屈服耗能支撑试件和4个仅单侧设置耗能板件的装配式耗能支撑试件,对试件进行了低周往复加载试验,分析这两种类型的板件屈服耗能支撑破坏机理及滞回性能。试验研究表明:不锈钢板件屈服耗能支撑试件具有较高的承载力,试件滞回曲线存在小滑移,耗能能力良好。在荷载作用下,试件前期主要依靠不锈钢耗能板的孔间短柱塑性变形耗能,加载过程中由于加工质量及局部刚度过大问题,试件分别于焊缝及翼缘处发生局部开裂和屈曲变形,不锈钢的耗能能力未充分利用。单侧装配式耗能支撑试件的试验滞回曲线存在大滑移和捏缩现象,耗能能力不理想,但变形能力较强。单侧装配式耗能支撑试件在荷载作用下均由剪切耗能板先发生破坏,此时承载力处于上升阶段,随着剪切耗能板开裂严重,弯曲板作为主要耗能部位,此后承载力呈缓慢下降,主体结构始终保持弹性状态。采用ABAQUS有限元软件对试件BSW-2的耗能支撑进行精细化有限元建模,验证建模的正确性并用于后期试件参数化分析。建立不同不锈钢板件屈服耗能支撑样式的模型并得到相关滞回性能曲线,为后期补充不锈钢耗能材料恢复力模型研究提供参考。为探究不锈钢板件屈服耗能试件的合理翼缘板厚以及不锈钢和碳素钢两种不同材料对支撑滞回性能的影响,对不锈钢试件BSW-2进行参数分析。本文通过Excel软件中“规划求解工具进行非线性方程的最优拟合,得到16根不同形式耗能支撑Bouc-Wen模型中的未知参数,为该类型屈曲耗能支撑非线性分析提供依据。以BDW-1试件为例,进行了改进型Bouc-Wen模型参数拟合,并采用单参数变化法对Bouc-Wen模型中各参数进行灵敏度分析,得到各参数的变化对滞回曲线的影响。研究结果表明:采用的参数识别的方法取得较好的识别效果,试验与拟合所得的特征曲线吻合度较高,同时给出Bouc-Wen模型部分参数的建议取值,并拟合了未知参数与屈服位移之间的函数表达式,为实际工程运用提供参考。参数敏感度分析发现参数α幅值变化对滞回刚度影响较大,但相对其他参数幅值变化对滞回环形状的影响,参数α对滞回环形状的影响最小,而参数A、γ、n的变化对滞回环的形状影响最大,其余参数的变化对滞回环形状改变均有不同程度上的影响。