低屈服点钢剪切型阻尼器的力学性能及理论模型研究

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1、低屈服点钢剪切型阻尼器的力学性能及理论模型研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：许立言指导教师：聂建国教授二○一七年六月ResearchonMechanicalBehaviorandTheoreticalModelofLow-yield-pointSteelShearPanelDampersDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCivilEngineeringbyX

2、uLiyanDissertationSupervisor:ProfessorNieJianguoJune,2017摘要摘要低屈服点钢剪切型阻尼器在往复荷载作用下表现出复杂受力特性，对高层框架结构的抗震性能具有重要影响。本论文针对采用BLY160低屈服点钢材制备的剪切钢板阻尼器消能装置，重点研究了阻尼器的受力机理、数值模型及其在耗能减震结构体系中的应用。取得的主要研究成果如下：（1）通过5组共16个材性试件的单调拉伸和循环加载试验，研究了BLY160低屈服点钢材在不同荷载路径下的应力-应变关系，标定了钢材的低屈服点、高强屈比、高延伸率等性能特征，着重针对其显著且特有的循环强化和软化现象以

3、及应变历史依赖效应进行了对比分析。（2）建立了能够反映低屈服点钢材循环弹塑性力学性能的材料本构模型，基于随动-等向混合强化模型理论，通过引入“转化区”内变量参数以及Logistics函数精细刻画了钢材的循环强化及软化特征及其多阶段演变过程。通过用户自定义材料程序二次开发，将修正本构模型在通用有限元软件MSC.MARC中成功实现，可用于不同钢结构材料及构件的精细化非线性分析。（3）完成了4组共10个低屈服点钢剪切型阻尼器足尺构件的拟静力往复加载试验，通过对比分析剪力-剪切变形滞回关系、变形特征、疲劳性能、耗能能力等试验结果，研究了包括腹板宽厚比、加劲肋布置、腹板开洞构造以及循环加载制度等

4、试验参数的影响，证明了新型剪切钢板阻尼器装置的优良抗震性能。（4）分别利用材料层次和构件层次的改进，针对低屈服点钢剪切型阻尼器建立了基于壳单元的精细有限元模型和基于弹簧单元的宏观计算模型，准确模拟和分析了阻尼器的滞回行为和受力机理。同时，基于通用有限元程序MSC.MARC的二次开发，建立了可用于结构体系分析的高效分析工具。（5）将阻尼器计算模型集成至COMPONA-MARC计算平台，建立了适用于组合框架结构耗能减震体系的弹塑性时程分析的工具。以某单榀三跨十层的框架结构为例，通过结构自振特性、位移响应、塑性损伤状态以及破坏机制等抗震性能的模拟及评估，证明了本文模型的高效性、准确性以及实用

5、性。本论文获得国家科技支撑计划（2011BAJ09B01）以及国家自然科学基金项目（51138007）资助。关键词：低屈服点钢；剪切钢板阻尼器；非线性分析；耗能减震体系；组合框架IAbstractAbstractThemechanicalbehaviorofthelow-yield-pointsteelshearpaneldamper(LSSPD)iscomplicatedwhensubjectedtothecyclicloading,whichhavesignificantinfluencesontheseismicperformanceofthehigh-riseframestru

6、cturalsystems.ThisdissertationfocusesontheshearpaneldamperdevicemadeofBLY160low-yield-pointsteel,withitsmechanism,numericalmodelandapplicationintheenergydissipationstructuresystembeingdiscussedindetails.Themainresultsoftheresearchworkareasfollows:(1)Theuniaxialstress-strainconstitutiverelationsh

7、ipofthelowyieldpointsteelBLY160isinvestigatedthroughasetofcoupontests,whicharesubjectedtodifferentloadingpathsincludingthemonotonictensionandcyclicloading.ThecharacteristicsofBLY160steelarecalibrated,suchasthelowyieldstrengt