带开孔核心管的双钢管约束屈曲支撑抗震性能分析

摘要

随着近年来经济的发展与人们的需要，高层、超高层及大跨空间结构等复杂结构体系发展迅速，使得人们对结构的抗震性能研究显得尤为重要。目前，主要的抗震设计方法是通过增强结构自身的刚度来抵御地震作用以满足抗震设防目标，但是当遇到强烈地震时结构的主受力构件将进入弹塑性工作阶段，这就会整个结构造成很严重的损伤。因而提高结构的安全度、降低结构损伤将是结构抗震设计的发展方向之一。为了提高结构的安全性降低结构损伤，约束屈曲支撑(Buckling Restrained Brace)的引入使得许多复杂建筑的结构设计和抗震设计成为可能，并增添了新的设计理念。
　　 约束屈曲支撑是一种新型的支撑构件，该种支撑在受拉和受压荷载作用下，核心受力构件均能够达到屈服，从而使整个构件能有效地吸收和耗散地震带来的能量，从而减小整个结构对地震的反应。由于国外对该类型支撑的研究属于专利性质，所以其推广受到了很大的限制，我国对该支撑的研究也处于起步阶段。
　　 鉴于此，本文研究的是一种新型带开孔核心管的双钢管约束屈曲支撑，它是对双钢管约束屈曲支撑的改进。在本文的研究中，首先对核心管带开孔双钢管约束屈曲支撑进行了理论分析，利用双钢管支撑的承载力计算公式，分析了核心管与外套管之间的接触变形公式，及核心管在发生高阶模态屈曲时整个支撑构件的受力特性。为了全面掌握该种类型约束屈曲支撑的强度、刚度和耗能特性，基于有限元理论，建立核心管带开孔双钢管约束屈曲支撑的有限元模型，并对其进行ANSYS有限元模拟计算与分析。通过建立了不同模型对比分析，讨论了该类型支撑在单向加载下的承载能力、耗能性能等特点及其长度、核心管开孔数量、初始缺陷等对滞回曲线的影响。最后得到了核心管带开孔双钢管约束屈曲支撑的极限承载能力和耗能能力，得出该种截面形式约束屈曲支撑的滞回曲线和骨架曲线，即其恢复力特性及简化模型。
　　 研究表明：这种约束屈曲支撑具有良好的耗能能力和恢复力特征。而且它具有比常用的混凝土外包约束屈曲支撑构件质量轻、连接方便、接合段强度和刚度高等优点，而且这种形式的支撑改善了约束屈曲支撑在应用过程中出现的连接困难等问题，为今后的双套管约束屈曲支撑的研究和应用提供参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 约束屈曲支撑发展历史及研究现状

1.2.1 约束屈曲支撑的起源

1.2.2 约束屈曲支撑的发展

1.2.3 约束屈曲支撑的应用情况

1.3 网壳等大跨度结构减震研究现状

1.4 本文研究的目的与内容

第二章 约束屈曲支撑的力学性能

2.1 约束屈曲支撑的基本原理

2.2 约束屈曲支撑的基本截面形式

2.3 约束屈曲支撑的基本构成

2.4 约束屈曲支撑的工作原理

2.5 双套管约束屈曲支撑的理论分析

2.5.1 力学模型的简化

2.5.2 双套管约束屈曲支撑在轴向压力下发生约束屈曲的公式推导

2.5.3 核心管弹性阶段的分析

2.5.4 核心管弹塑性阶段的屈曲分析

2.5.5 核心管发生高阶屈曲的理论分析

2.6 约束屈曲支撑体系的主要优点

第三章 开孔核心管约束屈曲支撑承载力分析

3.1 非线性有限元理论概述

3.1.1 几何非线性问题的概述

3.1.2 材料非线性理论概述

3.1.3 状态非线性问题概述（接触非线性）

3.1.4 求解方法概述

3.2 材料及模型的选取

3.2.1 钢材本构模型的选取

3.2.2 支撑构件模型选取

3.2.3 单元类型介绍

3.2.4 加载方式

3.3 构件几何参数

3.4 单项加载

3.4.1 荷载位移曲线

3.4.2 应力分析及变性分析

3.5 小结

第四章 开孔核心管约束屈曲支撑滞回性能分析

4.1 滞回性能分析

4.1.1 加载方式

4.1.1 核心管开孔数量的影响

4.1.2 初始缺陷的影响

4.2 骨架曲线

4.3 结论

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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