防屈曲支撑构件传力机理明确、性能优良、破坏位置易于控制,自20世纪70年代至今经历了40余年的发展,现已成为一种技术基本成熟,标准相对完备的抗侧力耗能减震装置,目前正广泛地应用于各大工程项目中。然而,防屈曲支撑构件是通过钢材自身发生弹塑性变形来耗散地震能量的,结构在经历大震后必然会产生较大的残余变形。强烈地震使结构产生的过大的侧向变形及残余变形是结构破坏倒塌的直接原因。对于即将倒塌或可能经历后续余震的结构,残余变形会对其产生严重影响;同时,已有研究表明,当结构震后的残余变形角大于0.5%时,结构的维修成本便大于重建成本。
针对以上问题,本课题研发了一种新型自复位防屈曲支撑。本课题的创新成果包括:(1)设计了采用碟形弹簧作为核心耗能减震原件的自复位防屈曲支撑。碟形弹簧具有承载力高、刚度任意组合、性能稳定、价格便宜等优势,可提供良好的减震效果,且碟片间锥面摩擦及边缘摩擦,在往复荷载下能提供优良的阻尼耗能能力。与传统防屈曲支撑相比,这种新型自复位防屈曲支撑不仅能够实现震后自复位,减小震后结构残余变形,且在震后经过适当检修仍能继续工作而无需替换支撑构件。(2)进行了新型自复位防屈曲支撑的低周往复加载试验,试验结果表明:①所设计的试件性能稳定,往复加载作用下加载曲线与卸载曲线之间形成的滞回环主要由碟簧锥面间的摩擦力形成,该摩擦力一般为常量,但方向与加载方向相反;②试件力学模型(P- 关系曲线)较为明确,加载与卸载路径近似呈直线;③试件受拉和受压时性能一致。(3)提出了新型自复位防屈曲支撑的设计方法和工程应用模式。
由于碟形弹簧已是一种较为成熟的规格化产品,可直接购买且价格便宜。外围的固定架构造可拆卸,主要零部件均可采用普通钢材(Q235、Q345钢板或机械用钢)进行规格化工厂加工,然后采用高强螺栓进行拼装,因此便于实现工业化生产,制作简单、成本较低、维修方便、自复位性能稳定,具有广泛的推广应用价值。
本课题的研发响应了国家关于建筑工程推广应用消能减震技术的政策导向。而且相关的研究成果可以快速地应用到我院既有建筑改造加固的业务板块中,具有很强的工程实际应用价值,对于我院现有的加固技术是一个很好的提升,可以作为一个技术创新点和经济增长点。
本课题经业内专家组鉴定认为:该项目完成了考核指标要求,一致同意通过验收。课题研究成果总体达到国内领先水平。
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