防屈曲钢支撑阻尼器的试验及简化计算模型.pdfVIP

防屈曲钢支撑阻尼器的试验及简化计算模型① 李妍1吴斌1欧进萍“2 (1哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江啥尔滨 150090； 2大连理工大学辽宁大连116024) 摘要 本文对一字形内芯外包钢管的防屈曲钢支撑阻尼器(BRB)进行了试验研究，并确定其简化计 算模型。BRB的静力往复试验结果表明它具有很好的滞回特性和耗能性能．对装有BRB的结构进行子 结构拟动力试验，结果表明地震作用下装有BRB的结构的抗震能力得到了很大的提高．BRB有效地降 低了结构的最大位移。通过三种方法确定模拟BRB滞回特性的简化计算模型，分别用ANSYS软件进 行理论分析并与试验得到的BRB结构的地震反应进行比较，结果表明利用耗能面积相等确定的双线性 模型最合理。 关键词防屈曲钢支撑阻尼器：静力往复试验；滞回特性：予结构拟动力试验；取线性模型 0引言 防屈曲钢支撑阻尼器(BRB)是一种受压时不易发生屈曲的轴力构件，目前已在多座建筑中 得到应用[1~41。典型的BRB由三部分组成，承受大部分轴向力的内芯耗能部分、有侧向约束作用 的钢管混凝土，和减小摩擦阻力的无粘结材料口】。内芯耗能部分可以应用各种类型的钢结构断 面【3r“，比较典型的是内芯为十字形型钢。本文研究的BRB由两部分组成，内芯为一字形钢截面， 具有耗能作用，外部钢管起到侧向约柬作用并防止整体屈嗌。由于钢板间的摩擦力颇小，故可不 采用无粘结材料也能达到良好的侧向约束效果，这种外包钢管的阻尼器的特点是制作比外包钢管 混凝土的阻尼器简单得多。我们对这种阻尼器进行静力往复试验【7J，试验结果表明它具有很好的 滞回特性和耗能性能。将BRBs配置到结构中适当的位置，形成防屈曲钢支撑阻尼减振结构(简 称BRB结构)，并对这种结构进行子结构拟动力试验ⅢJ，结果表明地震作用下BRB结构的抗震能 力得到了很大的提高，BRB有效地降低了结构的最大位移。此外，为了很好的模拟BRB的滞回 特性，我们用三种方法确定可以模拟BRB的双线性模型，分别利用这三种模型进行ANSYS理论 分析，得到的BRBs结构的地震反应与试验得到的进行对比，选择最合理的一种双线性模型作为 BRB的简化模型。 I试验概况 静力往复试验和子结构拟动力试验所用试件的参数见表1，其中试件的屈曲力近似等于钢管 的临界屈曲力‘”。试件尺寸如图l所示。试验在哈尔滨工业大学力学与结构试验中心250tMTS电 ①基金项目：国家自然科学基金50338020)，新世纪优秀人才支持计划 一1274— 液伺服试验机上进行，试验装置见图2。 表1试件参数明细表 宽／mm 内芯厚^m 面积／mra2 钢管截面尺寸^nm×衄 届曲力／kN 72 13 936 70X4．8 132603 2试验研究 图1试件示意图 圈2装置图 2．1静力往复试验 静力往复试验的目的是研究防屈曲钢支撑阻尼器的滞回性能，试件的加载方式采用变幅位移 控制加载，主要参数见表2，加载历程如图3所示。 表2静力往复试验的加载参数 时间周 位移振幅，mm 应变／％ 延性 1～2 2．68 0．235 2．35 3～4 5．36 0．470 4．70 5～6 8．04 0．705 7．05 7～8 10．72 0．940 9．40 9～10 13．40 1．175 儿．75 11～12 16．08 1．410 14．1l i 0 2 4 6 8 1 0 1 2 时间／周次 图3静力往复试验的加载历程 ———1275—— 图4(b)为试验得到的滞回曲线，从图中可以看到，BRB在受拉、受压时都能屈服，位移加 载到第11周整体屈曲破坏，最大位移达到16．08mm。滞回圈饱满，没有颈缩和强度折减的现象。 轴向拉力和轴向压力差较小，说明钢板间的摩擦力很小。这样防止了轴向压力强度过度提高，避 免钢管不能提供有效的侧向约束能力，也避免了试件发生局部屈曲破坏，确保了阻尼器达到很好 的耗能作用pj。试件在各个反复位移下的拉压差随着反复应变增加而增加。 2．2子结构拟动力试验 为研究装有防屈曲钢支撑阻尼器的框架在地震下的动力反应，本文选择两层装有BRBs的钢 框架进行子结构拟动力试验，如图5所示。从图中可以看出，作为试验子结构的阻尼器呈复杂的 非线性特征，可由试验获得。而作为计算子结构的框架处于弹性状态，可以由计算机进行模拟， 采用中央差分法数值求解动力方程11w。子结构拟动力试验大大地降低了试件的尺寸和规模，从而 解决了实验室规模对大型结构试验的限制，同时也降低了费用。 采用的算例是一幢两层钢框架，平面图及剖面图如图6所示。框架梁、柱均采用焊接H型钢 截面，材质均为Q235钢；梁、柱节点采用现场焊接连接；框架柱考虑在现场吊装。屋(楼)面 构造均采用预制肋式钢筋混凝土板上加40mm配筋整浇层。外墙采用加气混土(2