防屈曲支撑钢管混凝土柱组合框架结构抗震性能试验研究

论文摘要

本文基于拟静力试验对两层单跨防屈曲支撑钢管混凝土组合框架结构在反复低周荷载作用下的破坏特征、承载能力、滞回性能、延性、耗能能力以及强度、刚度退化性能等力学特性和抗震性能进行了研究,探究了体系中防屈曲支撑的受力特点和对结构抗震性能贡献。针对防屈曲支撑十字形截面无约束段抗弯能力较弱的缺点,提出了采用工字形截面无约束段的新型防屈曲支撑,并对其滞回性能进行了试验研究,结合试验结果和试件的破坏特征,提出了设计建议。通过试验研究发现,防屈曲支撑钢管混凝土组合框架结构具有良好的受力特性及抗震性能,是一种新型高效的双重抗侧力结构体系;采用工字形截面无约束段的新型防屈曲支撑构造合理、性能优良,具有良好的耗能减震能力,值得推广应用。本文具体完成工作如下:(1)对2个两层单跨防屈曲支撑钢管混凝土组合框架结构、1个钢管混凝土框架结构进行了拟静力试验研究。钢管混凝土框架结构安装防屈曲支撑后,结构的抗侧刚度、极限承载力和耗散能力可以显著提高,并且具有良好的延性、稳定的后期刚度和承载能力。(2)分析结构关键部位的应变数据,研究结构体系的塑性铰形成机制与发展规律。在水平荷载作用下防屈曲支撑最先发生屈服并耗能,起到了保护主体结构的作用,结构的破坏模式遵循着防屈曲支撑—梁—柱的破坏顺序,属于支撑梁铰破坏机制,钢管混凝土柱可以在防屈曲支撑进入屈服之后,继续提高结构体系的承载能力,形成有效的第二道抗震防线。(3)防屈曲支撑与组合框架的连接方式为螺栓连接或是焊接,都很好地完成了预定的功能,采用两种连接方式的结构体系的各项性能差别不大。但是在体系中,防屈曲支撑在轴向受力之外还要承受一定的弯矩作用,导致其承载能力和刚度下降明显。(4)设计制作了4个工字形截面无约束段的新型防屈曲支撑试件,并进行了滞回性能试验研究。无约束段截面的变化能显著提高防屈曲支撑外伸段的抗弯抵抗矩,可有效避免由于刚度突变而发生屈曲失稳。研究了新型防屈曲支撑约束屈服段宽厚比对其力学性能和耗能能力的影响,并提出在新型防屈曲支撑内核单元一字形与工字形截面的变截面处使用圆弧过渡的设计建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的和意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 钢管混凝土柱组合框架结构的抗震性能研究意义重大
• 1.2.3 防屈曲支撑-组合框架将成为新型高效的抗震结构体系
• 1.2.4 研制新型防屈曲支撑将促进其在我国的推广应用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 防屈曲支撑的国内外研究现状
• 1.3.2 防屈曲支撑框架结构体系的国内外研究现状
• 1.3.3 国内外研究现状分析总结
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 防屈曲支撑-组合框架结构抗震性能试验方案
• 2.1 概述
• 2.2 试验目的
• 2.3 防屈曲支撑的设计
• 2.4 防屈曲支撑钢管混凝土柱组合框架结构的设计
• 2.4.1 框架尺寸与拟用材料
• 2.4.2 梁柱节点设计
• 2.4.3 防屈曲支撑与框架连接节点设计
• 2.4.4 柱脚节点设计
• 2.5 试件加工制作
• 2.5.1 材料力学性能
• 2.5.2 防屈曲支撑加工制作
• 2.5.3 组合框架加工制作
• 2.5.4 防屈曲支撑与组合框架拼接
• 2.6 试验方法
• 2.7 加载装置与制度
• 2.8 测量装置布置
• 2.9 数据处理方法
• 2.9.1 滞回曲线与骨架曲线
• 2.9.2 承载能力与延性
• 2.9.3 割线刚度
• 2.9.4 耗能能力
• 2.9.5 应变分析
• 2.10 本章小节
• 第3章 防屈曲支撑-组合框架抗震性能试验结果分析
• 3.1 概述
• 3.2 试件BRBF-B
• 3.2.1 试验现象
• 3.2.2 荷载—位移滞回曲线与骨架曲线
• 3.2.3 承载能力与刚度
• 3.2.4 延性与耗能
• 3.2.5 防屈曲支撑构件滞回性能
• 3.3 试件BRBF-W
• 3.3.1 加固措施
• 3.3.2 试验现象
• 3.3.3 荷载—位移滞回曲线与骨架曲线
• 3.3.4 承载能力与刚度
• 3.3.5 延性与耗能
• 3.3.6 防屈曲支撑构件滞回性能
• 3.4 试件CF
• 3.4.1 试验现象
• 3.4.2 荷载—位移滞回曲线与骨架曲线
• 3.4.3 承载能力与刚度
• 3.4.4 延性与耗能
• 3.5 试验结果对比
• 3.5.1 承载能力与刚度
• 3.5.2 延性与耗能能力
• 3.5.3 防屈曲支撑对试件BRBF-W的贡献
• 3.6 本章小结
• 第4章 无约束段为工字形截面的新型防屈曲支撑滞回性能试验
• 4.1 概述
• 4.2 试验方案
• 4.2.1 试验目的
• 4.2.2 试验材料选择及其力学性能
• 4.2.3 新型防屈曲支撑的设计
• 4.2.4 试件制作
• 4.2.5 加载与测量装置
• 4.2.6 加载制度
• 4.2.7 数据处理方法
• 4.3 试验现象与结果
• 4.3.1 试件BRB-80
• 4.3.2 试件BRB-100
• 4.3.3 构造改进措施建议
• 4.4 试验数据对比
• 4.4.1 宽厚比影响
• 4.4.2 无约束段截面形式影响
• 4.4.3 防屈曲支撑受弯影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢