装配式全钢屈曲约束支撑设计理论的研究与有限元分析

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4、蒋凯凯指导老师：刘树堂、周敏辉摘要屈曲约束支撑(BRB)最重要的特点是在轴向受到压力(或拉力)的作用下，由于外包钢的约束作用，芯材可以达到屈服但不屈曲。在经历较大地震或者罕见地震时，屈曲约束支撑会提前进入耗能状态，消耗大量的地震能量，减少地震对建筑物的破坏。本文主要研究装配式全钢屈曲约束支撑芯材在多波屈曲形态下，基于边缘屈服准则来研究屈曲约束支撑的间隙和边缘屈服极限应力，为屈曲约束支撑的设计提供理论参考。本文的具体研究内容和结论如下：第一，介绍了装配式全钢屈曲约束支撑在不考虑侧压力作用下的工作原理和建立支撑构件工作状态下的变形模型，在边缘屈服理论的基础上，支撑发生多波屈曲时，以芯材

5、全截面达到边缘屈服时的挠度值作为支撑的间隙，推导出“一字”型和“十字”型支撑的间隙和边缘屈服极限应力的计算公式；然后对“一字”型屈曲约束支撑在不同芯材初弯曲、芯材厚度、芯材长度、屈曲半波数下的间隙与边缘屈服极限应力进行影响分析。第二，推导出侧压力作用下支撑的间隙与边缘屈服极限应力计算公式；通过边缘屈服极限应力公式以及支撑约束比限值可以推出外包钢最小约束刚度的计算公式以及支撑外包钢连接螺栓的设计要求；通过边缘屈服极限应力增量比限值来估算屈曲半波数的取值范围；通过对芯材弱轴和强轴的局部稳定性分析，得到芯材宽厚比与芯材屈曲半波数相等；屈曲约束支撑芯材与外包钢的连接中采用橡胶型限位板来限制

6、外包钢与芯材之间的相对位移；分别对“一字”型和“十字”型支撑的薄弱段进行了加强设计，引用了滑动轴承来减少支撑芯材与外包钢的摩擦力，提高了支撑端部的稳定性和承载力。第三，介绍了运用ANSYS有限元软件建立“一字”型装配式全钢屈曲约束支撑的简化模型，比较不同约束下支撑边缘屈服极限应力与本文计算结果的差异大小；运用ANSYS有限元软件模拟不同芯材初弯曲和屈曲半波数对芯材边缘屈服极限应力的影响；选取一个“一字”型屈曲约束支撑模型，并通过本文第三章中所求得的间隙值结果作为本章屈曲约束支撑有限元模型中间隙值参数，对在不同芯材厚度（30mm，26mm，22mm）以及不I广州大学硕士学位论文同屈曲

7、半波数（屈曲半波数为5-12）情况下的边缘屈服极限应力有限元分析，求解出当芯材达到边缘屈服时的边缘屈服极限应力，并与本文第三章理论计算的结果进行对比，结果差距很小（偏差小于5%）；通过有限元分析不同芯材宽度对支撑边缘屈服应力影响，与本文中得出芯材宽度对间隙和边缘屈服极限应力无影响的结论基本是一致的；通过ANSYS软件分析当支撑芯材初弯曲数为奇数和偶数时，分别研究支撑多波屈曲下的半波形成过程；对不同间隙值的屈曲约束支撑绘制滞回曲线，并比较之间的差异，芯材间隙越小，滞回曲