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防屈曲支撑的抗震性能及子结构试验方法

李妍  
【摘要】: 防屈曲支撑性能稳定,简单经济,能够有效地减小结构在地震作用下的反应,因而具有很好的应用前景。为了进一步检验安装防屈曲支撑结构的抗震性能,对防屈曲支撑的构造形式和计算模型进行研究是十分有意义的。现代结构越来越大型化,采用的减震技术越来越复杂,传统试验方法对大型结构试验具有许多局限性,子结构试验方法为解决这一问题提供了新的技术手段。本文研究防屈曲支撑的抗震性能和子结构试验方法,解决它们应用于实际工程中遇到的关键科学问题。 本文对不同构造形式的纯钢防屈曲支撑进行了静力往复试验研究,确定了一字型和十字型内芯防屈曲支撑的合理构造方案。静力往复试验结果表明,按照合理构造方案制作的防屈曲支撑具有很好的滞回性能和耗能特性。子结构拟动力试验结果表明,防屈曲支撑对结构有很好的减震效果,防屈曲支撑的双线性简化模型、Bouc-Wen计算模型都具有很好的精度。根据静力往复试验结果和子结构拟动力试验结果,对防屈曲支撑的累积塑性变形进行了分析,分析结果表明防屈曲支撑的低周疲劳性能很好。 逐步积分方法是子结构试验的重要组成部分,本文研究了经典隐式逐步积分方法对于非线性结构的稳定性。理论分析结果表明隐式逐步积分方法对于含有界非线性力的结构是稳定的,利用这一结论证明了隐式逐步积分方法对Bouc-Wen非线性结构是无条件稳定的。根据能量准则,证明了平均加速度法对非线性指数型阻尼结构是无条件稳定的。数值算例结果验证了理论分析的正确性。 基于能量守恒的逐步积分方法对任意非线性结构都具有无条件稳定性,本文对Simo能量法、Hughes能量法两类能量守恒逐步积分方法进行了研究。理论分析结果表明Simo能量法的动力平衡方程有唯一解,不会出现多解的现象。数值分析结果说明Simo能量法的计算效率优于Hughes能量法和平均加速度法。对于双线性结构,提出了准确计算拐点势能增量的方法,算例结果说明这种方法具有可行性。 把基于能量守恒的逐步积分方法应用于子结构试验,提出了基于能量守恒逐步积分的子结构试验方法。采用等效力控制方法求解隐式差分方程,提出了等效力控制方法中的力-位移转换系数的计算方法,消除了系统稳态误差。对于多自由度结构等效力响应的振荡现象进行了分析,并给出了消减振荡的方法。针对现有时滞补偿方法放大命令的问题,提出了一种保持等效力命令不变而修正恢复力的时滞补偿方法。分别进行了弹簧试件和防屈曲支撑试件的子结构试验,试验结果说明能量守恒子结构试验方法是可行的。拟动力子结构试验验证了力-位移转换系数计算方法的可行性,实时子结构试验验证了三阶外插补偿方法具有很好的补偿效果。


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