防屈曲支撑高层钢结构大型子结构试验方法分析

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1、硕士学位论文1．1概述第1章绪论随着社会的发展和土木工程领域在近半个世纪迅猛的发展，各式各样的建筑挑战着建筑高度的极限。高层钢框架结构具有质轻高强，抗震性能好等优点，在高层建筑中得到了广泛的应用。但是高层钢结构框架体系一般抗侧刚度较小，在风荷载或地震作用下，其水平位移较大，在一定程度上限制了其应用高度。为了提高抗侧刚度，传统的做法是在框架柱之间增设普通钢支撑。但是，普通钢支撑自身存在着不足，即在受压时易屈曲而失效。为了改善其缺陷，日本学者提出了防屈曲支撑(buckling．restrainedbrace，BRB)构件的设计理念

2、，并将被动耗能技术成功的应用于工程实践之中。防屈曲支撑克服了传统钢支撑受压时易屈曲的缺点，对安装有防屈曲支撑的高层结构在地震作用下能够表现出很好的延性性能和优异的耗能能力。防屈曲支撑的概念一经提出，就在日本、美国和以及我国台湾地区的学术界获得广泛的关注，并进行了深入的理论和试验研究。在日本阪神地震和美国北岭地震以后，防屈曲支撑开始广泛应用于实践工程中。目前国内应用防屈曲支撑的工程有上海世博中心、中国金融大厦和天津昆仑中心等⋯。目前为止，对大多数的防屈曲支撑性能的研究主要以试验为主，通过单轴试验获得防屈曲支撑构件的滞回性能。在大

3、型复杂结构的数值分析中，我们假定防屈曲支撑的恢复力模型，通过有限元技术分析这种带有防屈曲支撑的结构在地震作用下的反应。由于防屈曲支撑构造复杂，基于假定的恢复力模型不一定能够真实地反应防屈曲支撑的在不同荷载工况下的性能，尤其防屈曲支撑进入非线性阶段。由此得到的结构反应与真实的结构反应必然存在一定的误差，且这种误差大小并不能很好的控制。因此，理论分析并不能完全取代试验研究。在结构抗震试验中，我们常采用的试验方法有低周反复荷载试验，拟动力试验和振动台试验。低周反复荷载试验又称拟静力试验，它采用事先预定的加载制度(变形控制，荷载控制或

4、荷载一位移控制)对试件进行低周反复加载，使试件经历弹性阶段、屈服阶段最后直至破坏的实验。低周反复荷载试验最终的到的结果为荷载一位移曲线，可见其适用于单个构件的滞回特性研究。由于低周反复荷载试验中并未考虑地震加速度，得到的滞回曲线仅仅能够反应在反复荷载作用下的滞回特性，而不能反应结构在地震作用下的全过程。区别于低周反复荷载试验，拟动力试验和振动台试验适用于结构整体的抗震性能研究，这两种试验方法都考虑了地震加速度的因素，故均能得到在指定地震作用下的地震反应全过程。振动台防屈曲支撑高层钢结构大型子结构试验方法研冗试验是一种高度动态试

5、验方法，它是将试验模型结构置于振动台之上，利用振动台来实时模拟地震时地面运动，置于振动台之上的模型结构受到振动台面的加速度作用而产生惯性力，这种试验方法再现了地震对结构的作用。虽然振动台试验真实地反映了结构体系的抗震性能，然而因其设备性能的限制，试验模型往往按一定比例缩小，结构试验必须考虑尺寸效应对试验结果的影响。振动台试验是一种破坏性试验，安全性也是其考虑的一个重要因素。结构拟动力试验又称作联机试验，是采用计算机和加载作动器联机求解结构动力控制方程，以较低的加载速率使结构经历地震作用，控制试验进程的为数字化输入的地震波，利用

6、计算机进行结构地震反应分析，将结构在地震中受到的惯性力通过计算转换为静力作用施加到结构上，模拟结构的实际地震反应。由此可见，拟动力试验适用于原型抗震试验，同时可以解决理论分析中恢复力模型参数取值困难的难题。1．2课题研究背景与意义近年来，地震活动在全球范围内频发。据中国地震台网统计显示自1970年至2007年l2月31日，全球共发生M5．0级以上地震45779次，其中M7．1～8．0级地震586次，M8．0级以上地震38次心3。仅2010年，全球范围内就发生了多次重大的大地震，其中就有海地的M7．3级大地震、智利的M8．8级大

7、地震，中国玉树的M7．1级大地震等。这些地震给各国造成了重大的人员伤亡和财产损失。中国近年来也是地震不断，2008年05月12日，中国四川省汶川县发生了8．0级的特大地震，遇难人数达69227入，失踪人数达17923人。从历次的地震灾害中可以发现，地震造成的建筑物、构筑物倒塌是造成人员伤亡的主要因素。如何将这些地震危害最小化已经成为各国学者的努力的方向。消能减震技术正是抗震技术中的一个热点，并且这些技术有的已经商业化。防屈曲支撑就是其中的一种。防屈曲支撑作为一种新型的支撑构件，其兼具有金属阻尼器和普通支撑的双重功能。由于防屈曲

8、支撑内芯在受拉和受压下都能进入全截面屈服状态，是一种高效的耗能减震装置。然而，我们对于防屈曲支撑在超过设防烈度地震下的强非线性行为的认识还有局限性。拟动力试验可以很好的考察防屈曲支撑的非线性性能。拟动力试验的关键一点是结构在变形过程中，其恢复力直接从试验的试件中测得而无需做事