长圆孔腹板耗能梁段滞回性能研究

摘要

耗能梁段是偏心支撑框架结构中的重要构件，小震作用下，耗能梁段保持弹性状态，保证了结构具有足够的抗侧刚度;大震作用下，耗能梁段先于梁、柱及其余构件进入塑性，形成塑性铰耗散地震能量，从而保护主体结构的安全，通过替换已损坏的耗能梁段，可实现震后结构功能的快速恢复。
　　循环荷载作用下，设置加劲肋的耗能梁段往往由于加劲肋与腹板之间的焊缝发生破坏而丧失承载力，为了改善这一情况，本文提出不设置加劲肋腹板开长圆孔型的耗能梁段，腹板开孔后耗能梁段可较早的进入塑性耗散地震早期能量，一方面不设置加劲肋可消除加劲肋与翼缘或者腹板焊缝的不利影响;另一方面对耗能梁段腹板削弱后，耗能梁段的薄弱部位可实现偏离连接节点或焊缝节点区，避免了节点区过早破坏，有效提高了连接节点及其余构件的安全。
　　本文应用ABAQUS有限元软件对长圆孔腹板耗能梁段不同参数下的滞回性能和破坏形态进行模拟分析，并提出了长圆孔腹板耗能梁段的初始抗侧刚度及极限承载力计算方法。主要工作内容如下:
　　(1)参考相关规范和国内外文献，选取长圆孔腹板耗能梁段相关参数，并设计了6个不同参数的系列试件。
　　(2)运用ABAQUS有限元软件建立各试件的模型，通过对比已有相关试验的滞回曲线和骨架曲线，验证了有限元建模方法的正确性。
　　(3)对6个系列试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性、抵抗面外变形能力以及耗能能力方面进行分析。结果显示:耗能梁段腹板开孔后可在较小的位移下实现屈服，提前进入塑性耗能。腹板开孔后应力应变集中于孔端，耗能梁段端部应力应变明显减小，有效提高了连接节点的安全。孔间柱宽厚比ζ是决定耗能梁段抵抗面外变形能力的重要因素，孔间柱长宽比β是决定耗能梁段承载力的决定性因素。通过合理的参数设计，长圆孔腹板耗能梁段可实现腹板屈曲前，孔间柱肢端充分实现塑性屈服。
　　(4)参考相关文献，考虑了翼缘对耗能梁段刚度和承载力的影响并提出了其初始抗侧刚度和承载力计算方法，通过与有限元结果进行对比分析，结果显示:有限元结果与理论计算值较为接近，该公式具有较高的准确性。
　　(5)运用有限元软件建立一榀K型偏心支撑框架，将长圆孔腹板耗能梁段置于框架中，选取相关参数，通过与BASE试件进行对比分析，结果显示:采用双列孔耗能梁段的偏心支撑框架变形能力和耗能能力较好，非开孔型耗能梁段腹板很早就发生了屈曲，腹板开长圆孔后明显延缓了屈曲发生的态势，提高了结构的延性和耗能能力。

目录

声明

摘要

1．1 概述

1．2 耗能梁段的研究进展

1．3 研究的意义

1．4 本文主要研究内容

第二章 耗能梁段参数设计

2．1 耗能梁段受力特点

2．2 耗能梁段对结构刚度和强度的影响

2．2．1 耗能梁段对框架刚度的影响

2．2．2 耗能梁段对框架强度的影响

2．3 耗能梁段设计要求

2．4 长圆孔腹板耗能梁段参数设计

2．5 分析参数选取

2．6 本章小结

第三章 有限元模型的建立与验证

3．1 有限元模型的建立

3．1．1 材料的本构关系

3．1．2 单元划分及边界条件

3．1．3 加载制度

3．1．4 破坏准则

3．2 耗能梁段有限元模型验证

3．2．1 试验概况

3．2．2 有限元模拟

3．2．3 有限元模拟与试验结果对比

3．3 K形偏心支撑钢框架有限元模型验证

3．3．1 试验概况

3．3．2 有限元模拟

3．3．3 有限元模拟与试验结果对比

3．4 本章小结

第四章 耗能梁段滞回性能分析

4．1．2 DP-HA系列试件滞回曲线

4．1．3 DP-HA系列试件骨架曲线与刚度退化曲线

4．1．4 DP-HA系列试件耗能性能

4．2．2 DP-HB系列试件滞回曲线

4．2．3 DP-HB系列试件骨架曲线及刚度退化曲线

4．2．4 DP-HB系列试件耗能性能

4．3 DP-HC系列试件有限元结果分析

4．3．2 DP-HC系列试件滞回曲线

4．3．4 DP-HC系列试件耗能性能

4．4 DP-HD系列试件有限元结果分析

4．4．2 DP-HD系列试件滞回曲线

4．4．3 DP-HD系列试件骨架曲线及刚度退化曲线

4．4．4 DP-HD系列试件耗能性能

4．5．2 DP-HE系列试件滞回曲线

4．5．3 DP-HE系列试件骨架曲线及刚度退化曲线

4．5．4 DP-HE系列试件耗能性能

4．6．1 DP-HF系列试件破坏形态

4．6．2 DP-HF系列试件滞回曲线

4．6．3 DP-HF系列试件骨架曲线及刚度退化曲线

4．6．4 DP-HF系列试件耗能性能

4．7 本章小结

第五章 初始抗侧刚度及抗剪承载力计算方法

5．1 耗能梁段初始抗侧刚度

5．2 耗能梁段抗剪承载力

5．3 本章小结

第六章 带长圆孔腹板耗能梁段的偏心支撑钢框架有限元分析

6．1 试件设计

6．2 K形偏心支撑框架有限元结果分析

6．2．1 K形偏心支撑框架破坏形态

6．2．2 K形偏心支撑框架滞回曲线

6．2．3 K形偏心支撑框架骨架曲线与刚度退化曲线

6．2．4 K形偏心支撑框架耗能性能

6．3 耗能梁段有限元结果分析

6．3．1 耗能梁段破坏形态

6．3．2 耗能梁段滞回曲线

6．3．3 耗能梁段骨架曲线及刚度退化曲线

6．3．4 耗能梁段耗能性能

6．4 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文