摩擦耗能式自复位拉索的试验测试及减震性能分析研究

论文摘要

针对现有消能减震支撑的局限性,提出了一种新型摩擦耗能式自复位拉索（Friction damped self-centering cable,以下简称自复位拉索）。该装置通过经预先压缩的碟形弹簧提供复位力,并由摩擦装置耗散地震能量。由于拉索仅承受单向拉力,可通过交叉布置提供抗侧力,避免了消能减震支撑中广泛存在的受压屈曲问题,并使构造得以简化;同时,由于受拉筋材无需施加过大的预应力,解决了目前自复位耗能拉索中变形能力不足的问题,并充分利用了材料的高强度和高弹性伸长率等特性。针对该新型摩擦耗能式自复位拉索,本文开展了试验研究和减震性能分析,完成的主要工作如下:1.开展了自复位拉索的理论分析和试验研究。介绍了自复位拉索的构造和工作原理,推导了其荷载-位移曲线,并通过往复循环加载试验对理论推导进行了验证。研究表明,自复位拉索的理论分析与试验测试结果吻合良好;高强度和高弹性伸长率的钢绞线是自复位拉索的理想受力筋材;碟形弹簧在往复循环加载下基本上没有残余变形,可做为自复位拉索的理想复位部件。通过合理设计摩擦力、碟形弹簧组刚度及预压力等参数,自复位拉索可以有效地实现自复位和耗能的功能。2.基于ABAQUS及其用户子程序,建立了自复位拉索的仿真分析模型。介绍了该仿真分析模型的架构和用户材料子程序的编写思路,基于仿真分析模型对往复加载试验过程进行了模拟,并开展了参数影响分析。分析结果表明,仿真结果和试验的结果吻合良好;随着摩擦力和拉索线刚度的增大,耗能能力相应增加;随着碟形弹簧组刚度和预压力的增大,自复位拉索的二次刚度（即滑动摩擦开始之后的刚度）和复位能力也相应增大。3.对一榀9层框架分别采用自复位拉索和屈曲约束支撑加固,然后对加固前后的结构分别进行7度设防地震、7度罕遇地震和8度罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。分析结果表明,自复位拉索和屈曲约束支撑在小震下对于减小结构最大层间变形的作用基本相同,但自复位拉索在强地震作用下的变形控制效果优于屈曲约束支撑;当地震作用强度较小时,自复位拉索和屈曲约束支撑对于结构残余变形的控制效果相近,但在强地震作用下,自复位拉索在减小结构残余变形方面显著优于屈曲约束支撑。4.针对分别采用自复位拉索和屈曲约束支撑加固的框架,基于增量动力分析法（IDA）,分别以最大层间位移角(θmax)和残余层间位移角（θr）为地震需求参数进行性能水平划分,然后通过回归统计分析,获取了结构在不同性能水平下的地震易损性曲线。研究结果表明,在中小地震作用下,自复位拉索和屈曲约束支撑对于最大层间变形的控制效果基本相同,但在强震作用下自复位拉索对最大层间变形和残余层间变形的控制效果要明显优于屈曲约束支撑,可以更好地提高结构的抗倒塌能力。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王际帅

导师: 郭彤,宋永生

关键词: 自复位,摩擦耗能,拉索,支撑,地震易损性,减震,层间位移角,残余变形

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地球物理学,建筑科学与工程

单位: 东南大学

基金: 国家自然科学基金(51378107),国家自然科学基金(51508251),2016年度江苏省建筑产业现代化科技支撑项目

分类号: TU352.1;P315.9

总页数: 70

文件大小: 4596K

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