屈曲约束支撑(BRB)式延性桁框结构在循环荷载作用下的破坏机理

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用桁架代替传统框架结构中的实腹式钢梁称为桁框结构,具有跨度大、用钢量低等优点,但普通桁框结构的抗震性能较差。通过在桁架跨中设置消能段,使其在一定的水平地震作用下发生剪切屈服,不但可以显著提高结构的抗震性能,还可以准确控制其屈服荷载和破坏模式,实现基于性态设计,是一种新型抗震结构体系,具有广泛的应用范围和良好的经济、社会效益。   本文是在桁框结构的桁架跨中央设置屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Braces,BRB)式消能段作为一种新型的延性桁框结构。针对该新型结构体系,采用简化理论手段和有限元方法,并综合考虑各种可能的影响参数,展开滞回性能研究,重点探讨消能段的破坏机理、结构协同工作机理,分析各参数对结构强度、刚度、延性、耗能能力与破坏模式的影响规律,最后提出消能段抗剪承载力计算方法、结构计算模型,推动相关理论与工程应用的发展。   本文首先推导了消能段的极限抗剪承载力,然后根据我国抗震设计准则给出了确定屈曲约束支撑设计承载力的计算方法和构造要求。采用本文方法确定的消能段可以精确控制延性桁框结构的屈服时刻和破坏模式,并实现水平地震作用下各楼层同步屈服,充分耗能。采用有限元方法进行了单向和循环加载分析与验证,结果表明:合理的屈曲约束支撑承载力可以显著提高延性桁框结构的延性、耗能能力、承载能力和安全储备,抗震性能明显优于普通桁框结构;本文提供的计算方法可以在确保消能段耗能的前提下实现结构的优化设计。   最后,本文根据理论研究与ANSYS分析结果,总结出了屈曲约束支撑桁框不同参数的影响及抗震特点。本文在分析了其缺点的同时并给出了改进措施,为以后继续研究作参考。
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