焊接工字形鋼支撐低周疲勞性能及其應(yīng)用研究.pdf

1、框架-中心支撐體系是常用的雙重抗側(cè)力體系之一，但設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)目蚣?中心支撐結(jié)構(gòu)在罕遇地震中易遭到嚴(yán)重破壞。鋼支撐的滯回性能是影響該體系抗震性能的關(guān)鍵因素，由于鋼支撐的滯回行為十分復(fù)雜，雖然國(guó)內(nèi)外已做了大量的研究工作，但尚沒(méi)找到一種既準(zhǔn)確又實(shí)用的能考慮其低周疲勞性能的模擬方法，阻礙了對(duì)該體系的抗震性能的深入研究。本文對(duì)工字形鋼支撐低周疲勞及耗能性能開展了試驗(yàn)研究，針對(duì)現(xiàn)有支撐模擬方法及支撐低周疲勞損傷研究的不足提出了改進(jìn)辦法，并利用經(jīng)二次開

2、發(fā)的通用有限元軟件 ANSYS，對(duì)框架-中心支撐體系研究中存在的若干關(guān)鍵性問(wèn)題展開初步探索。
　　進(jìn)行了鉸支焊接工字形支撐在不同特征的循環(huán)軸向位移荷載下的低周疲勞試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)支撐翼緣直到斷裂的疲勞損傷發(fā)展過(guò)程可分為可見裂紋萌生，穿透裂紋形成和穿透裂紋擴(kuò)展3個(gè)階段，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了估算支撐構(gòu)件疲勞壽命和循環(huán)耗能的經(jīng)驗(yàn)公式。統(tǒng)計(jì)分析表明，裂紋萌生疲勞壽命與彈塑性局部屈曲密切相關(guān)，當(dāng)支撐翼緣的寬厚比越小，支撐的長(zhǎng)細(xì)比越大時(shí)，其

3、裂紋萌生疲勞壽命就越長(zhǎng)，其耗能性能也越高。試驗(yàn)還表明循環(huán)荷載的位移幅值是支撐疲勞損傷及耗能退化的最主要影響因素，過(guò)載峰效應(yīng)及適當(dāng)?shù)钠骄鶋何灰品悼筛纳其撝蔚椭芷诩昂哪苄阅堋?br>　　采用主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變及Brown-Miller組合應(yīng)變3種臨界面疲勞損傷模型預(yù)測(cè)鋼支撐低周疲勞損傷及裂紋萌生壽命，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析表明，3種臨界面模型均可用于研究鋼支撐低周疲勞累積損傷分布，且低周疲勞壽命的預(yù)測(cè)結(jié)果均偏于安全。
　　將3

4、節(jié)點(diǎn)Timoshenke梁元用于鋼支撐循環(huán)軸向加載試驗(yàn)及3層框架-中心支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)M，驗(yàn)證了該方法的可靠性。分別提出了以鋼支撐軸向位移和塑性應(yīng)變能為損傷參量的鋼支撐低周疲勞損傷評(píng)估經(jīng)驗(yàn)方法，分析結(jié)果表明：兩種方法均具有較好預(yù)測(cè)精度。通過(guò)有限元程序 ANSYS的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了框架支撐體系中支撐低周疲勞失效評(píng)估功能，為框架-中心支撐結(jié)構(gòu)在彈塑性階段的抗震性能研究提供了條件。
　　在比較有關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，研究了鋼支撐設(shè)計(jì)承載力

5、驗(yàn)算方法、支撐桿件長(zhǎng)細(xì)比和板件寬厚比限值、鋼框架部分抗剪能力調(diào)整要求以及V形和人字形支撐不平衡力對(duì)框架梁調(diào)整要求等四個(gè)因素對(duì)框架中心支撐體系第一階段抗震性能的影響規(guī)律，并得到了一些有意義的結(jié)論。
　　對(duì)普通中心支撐框架結(jié)構(gòu)和特殊中心支撐框架結(jié)構(gòu)在彈塑性階段的抗震性能展開初步探索。結(jié)果表明，鋼支撐低周疲勞失效對(duì)普通中心支撐框架結(jié)構(gòu)抗震性能影響較大；與普通中心支撐框架結(jié)構(gòu)相比，特殊中心支撐框架的抗震性能更為優(yōu)良，是一種值得在我國(guó)高層建