网架结构中的BRB力学性能及其抗震性能分析

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防屈曲耗能支撑(Buckling-Restrained Brace,简称BRB)是一种可以防止杆件受压失稳导致脆性破坏、具有稳定的滞回耗能能力的耗能支撑杆件。本文通过对防屈曲耗能支撑进行理论分析和有限元仿真分析,对支撑的各方面工作性能进行分析研究,并且尝试将防屈曲耗能支撑应用到网架结构之中,研究它对网架结构的工作性能的影响。首先,根据防屈曲耗能支撑核心单元的变形特点(波浪形)沿其长度方向截取一个半波长,对其力学模型进行简化;而后通过对简化了的力学模型进行理论分析,确定防屈曲耗能支撑的最终破坏时的形态。又通过对核心单元的稳定性分析,得到了防屈曲耗能支撑核心单元发生高阶屈曲的临界条件和临界荷载,核心单元高阶屈曲临界条件主要取决去滑动机制的厚度。并且通过计算求得防屈曲耗能支撑的承载能力和轴向变形能力。表明滑动机制厚度越大,支撑轴向变形能力越强,承载能力越弱;核心单元截面惯性矩越大,承载能力越强。然后,在有限元分析软件ANSYS中建立防屈曲耗能支撑的有限元模型,通过对带不同形式的核心单元的模型进行有限元分析,研究核心单元的不同尺寸、不同截面形式以及加强点对支撑性能的影响。研究表明,在核心单元面积一定、荷载相同的条件下,核心单元截面惯性矩和极惯性矩越大,支撑性能越稳定,承载能力越强,耗能能力越强。通过对设置了不同摩擦系数的模型进行分析,研究摩擦力对支撑性能的影响。研究表明,摩擦力增强支撑的耗能能力,增加核心单元荷载负担。最后,在ANSYS中建立一个周边支承的正放四角锥网架结构模型,对模型性能进行分析以获得适宜将防屈曲耗能支撑替换入网架结构的替换方案。对安装了防屈曲耗能支撑的网架结构进行有限元分析,研究支撑在正常工作状态下和地震荷载作用下对网架结构的影响。研究结果显示,按照强度替换准则将防屈曲耗能支撑装入网架结构时,防屈曲耗能支撑会降低网架结构刚度,造成正常工作状态下结构变形增大。但是在地震荷载作用下,防屈曲耗能支撑对结构变形、敏感杆件受力均具有非常好的减震效果。
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