内置轴向屈服板的双层方钢耗能支撑滞回性能试验研究

作     者：徐伟栋 

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：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：双层方钢 轴向屈服板 耗能支撑 子结构 滞回性能 

摘      要：内置轴向屈服板的双层方钢耗能支撑是一种新型耗能支撑,耗能构件为屈服板,约束构件由内部传力方钢和外部传力方钢组成。耗能支撑在轴力作用下总存在相互平行的两个面的耗能板在承受拉力,与之垂直的另两个面的耗能板承受压力,无论在支撑受压或受拉时,总有两块耗能板受拉,从而利用钢材良好的受拉性能。这种耗能支撑端部没有薄弱部位,不会发生端部破坏,能够避免支撑在受压时发生失稳破坏,充分利用钢材的抗拉性能。全文通过试验和有限元数值模拟对双层方钢耗能支撑的滞回特性进行了研究和理论分析,具体的研究内容为:(1)设计并制作了5个双层方钢耗能支撑试件,并对耗能支撑子结构进行了低周往复加载试验,明确耗能支撑的受力机理和破坏模式,研究耗能板不同布置方式和不同钢材性能对双层方钢耗能支撑性能的影响。试验结果表明:试件EDB-1～5试验均加载至层间位移角3%时试件发生了破坏,破坏都发生在耗能板上,伴随外方钢发生鼓曲,支撑未发生整体失稳。双层方钢耗能支撑在同一加载级下滞回曲线几乎重叠,性能稳定。双层方钢耗能支撑滞回曲线饱满,支撑耗能能力好。因销轴和板铰之间存在空隙,滞回曲线出现滑移段。内置两段式耗能板的双层方钢耗能支撑相对于其他耗能板布置方式的支撑承载力较高。内置三段式耗能板的支撑拉向承载力高于压向承载力。采用不锈钢钢材作为耗能板件的支撑,承载力和变形能力都优于采用Q235钢材的支撑,表明不锈钢耗能性能优越。对称布置的耗能支撑EDB-1和EDB-5破坏发生在支撑下端耗能板上。支撑耗能板长细比越大,易发生面内剪切屈曲变形。(2)根据耗能板不同布置方式和不同楔率,设计了3组9个双层方钢耗能支撑试件,用ABAQUS有限元软件分析了耗能板不同布置方式和不同楔率对耗能支撑性能的影响,有限元分析结果表明:双层方钢耗能支撑能够充分利用钢材的抗拉性能,具有较高的承载能力和良好的耗能能力。通过合理设计耗能板楔率可使耗能板上应力分布合理,有效提高双层方钢耗能支撑的耗能能力和变形能力,但楔率不宜增加过大,楔率过大会导致耗能板横截面过小,使耗能板发生面内切向变形提前破坏,致使支撑失去承载能力。耗能板类型对支撑的影响较明显,在层间位移角相同的情况下,设计的三种试件中两段式耗能板支撑承载能力、变形能力和耗能能力相对较优。给出了双层方钢耗能支撑的屈服承载力计算公式和方钢的厚度计算公式,与有限元结果和试验结果对比吻合。