防屈曲支撑及节点板稳定设计方法与试验研究

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1、博士学位论文防屈曲支撑及节点板稳定设计方法与试验研究STABILITYDESIGNMETHODSANDTESTSOFBUCKLING-RESTRAINEDBRACESANDGUSSETPLATES鲁军凯哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TU317.1/TU311.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学博士学位论文防屈曲支撑及节点板稳定设计方法与试验研究博士研究生：鲁军凯导师：吴斌教授申请学位：工学博士学科：防灾减灾工程及防护工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified

2、Index:TU317.1/TU311.3U.D.C:624DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTABILITYDESIGNMETHODSANDTESTSOFBUCKLING-RESTRAINEDBRACESANDGUSSETPLATESCandidate：LuJunkaiSupervisor：Prof.WuBinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringDisasterPreventionandReductionSpeciality：Engineeri

3、ngandProtectiveEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要防屈曲支撑是一种利用支撑内芯的塑性变形消耗地震能量的金属阻尼器，也是一种在小震下可以提供给主体结构抗侧刚度的支撑构件。防屈曲支撑主要由支撑内芯以及外包约束构件组成，其中支撑内芯主要承受轴力作用，并利用其塑性变形消耗地震能量，外包约束构件则是通过提供抗弯刚度及抗

4、弯承载力抑制支撑发生侧向屈曲。虽然防屈曲支撑的构造较为简单，但是想要准确的揭示防屈曲支撑的屈曲机理却比较困难，这是因为防屈曲支撑的受力特性不仅与支撑内芯及外包约束构件的强度、刚度有关，也和支撑内芯与约束构件之间的间隙及摩擦力有关。因此，有关防屈曲支撑屈曲机理及稳定设计方法的研究得到了许多学者的关注。同时，为了保证防屈曲支撑在工作中具有稳定的耗能特性，对与其连接的节点板的稳定性开展研究也具有十分重要的意义。本文主要研究考虑摩擦影响的防屈曲支撑以及节点板的稳定设计方法，其主要研究内容如下：(1)在本课题组已有研究的基础上，首先通过简化的防屈曲支撑分析模型，研

5、究防屈曲支撑内芯初始缺陷对其受力性能的影响。之后，针对端部铰接及固接的防屈曲支撑，分别建立考虑内芯与约束构件间摩擦力影响的分析模型。并通过对支撑内芯及约束构件列平衡微分方程求解接触力、约束构件及内芯加强段的最大弯矩等计算公式。然后，基于内芯高阶模态下的分析模型，提出防屈曲支撑在设计位移下承载力计算公式，并针对以上各计算公式利用有限元软件进行模拟验证。随后，针对端部铰接或固接的防屈曲支撑，在考虑内芯与约束构件摩擦力的影响下，利用得到的计算公式改进本课题组提出的防屈曲支撑整体稳定设计准则。对于不同构造形式的一字型内芯防屈曲支撑，根据外套管的受力特性将其简化为

6、等效梁模型计算其抗鼓曲承载力，并利用考虑挤压力影响的接触力计算公式改进一字型内芯防屈曲支撑局部稳定计算公式。最后，利用本课题组已完成的试验对防屈曲支撑的稳定设计准则进行初步验证。(2)对一个纯钢管约束式防屈曲支撑及三个内填水泥砂浆的钢管约束式防屈曲支撑进行足尺构件试验。其中详细介绍这两种防屈曲支撑的设计及加工过程，并且为了避免由于焊接导致的、极易出现在内芯屈服段与过渡段交界处发生的破坏，在加工中使用了改进的加工工艺。试验中对内芯加强段及外套管的应变进行测量，并在试验完成后测量内芯屈曲半波长。最后根据试验结果，对固接防屈曲支撑内芯加强段的设计准则及局部稳定

7、计算公式进行验证。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文(3)基于板的弹塑性屈曲理论，在考虑节点域梁柱屈服对节点板稳定承载力影响的情况下，提出节点板稳定设计方法。首先，根据防屈曲支撑框架结构中节点板的受力特性及板的弹塑性屈曲理论确定节点板力学分析模型，并提出节点板稳定承载力计算公式。之后根据结构模型中节点板受力特性将有限元结构模型简化为节点板模型并进行参数分析，最后基于参数分析结果拟合节点板屈曲系数，并通过数值算例对节点板稳定承载力计算公式进行验证。(4)由于实际工程中防屈曲支撑是通过节点板与主体结构相连的，因此支撑的边界条件并不是理想的铰接或固接。为了从

8、结构试验的角度验证本文提出的防屈曲支撑及节点板稳定设计方法，在本文最后一章对一个