1、本科毕业论文（20 届）建筑工程减震用屈曲约束支撑的设计与工艺所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 建筑工程减震用屈曲约束的设计与工艺 1课题意义及目标通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，要对屈曲约束支撑的组成构造、工作原理、主要特点、设计依据、结构有限元分析、布置连接及工程应用等方面有很深的理解，同时锻炼自己吃苦耐劳、积极向上、勇于探索的精神，为以后的工作打下良好的基础。2主要任务明
2、白屈曲约束的工作原理，并对其进行结构和工艺的设计3主要参考资料1 刘申全. 工程力学M. 太原：山西科学技术出版社，20012 杨胜强. 工程制图学M.3 版. 北京：国防工业出版社，20053 章日晋. 机械零件的结构设计. 北京：机械工业出版社，19924 吴宗泽. 机械结构设计. 北京：机械工业出版社，19885 王先逵. 机械制造工艺学M.2 版. 北京：机械工业出版社，20064进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 调查研究，查阅资料，完成开题报告 2014.11.152014.12.312 广泛阅读文献，制定方案 2015.1.12015.2.273 进行结构设计及工艺选择，完
3、成中期检查20152.282015.4.304 完成测试及实验结果分析 2015.5.12015.5.155 整理打印论文，准备答辩 2015.5.162015.6.20审核人： 年 月 日I建筑工程减震用屈曲约束支撑的设计与工艺摘 要：减震屈曲约束支撑在地震来临时，通过使自身产生屈服现象来消耗能量，既能保证地震时人员的生命财产安全，又能保证震后修缮时省时、省力、省钱。因此，对减震屈曲约束支撑的研究有非常重要的现实意义。本文主要介绍减震屈曲约束支撑的研究现状、工作原理、定义、优点；研究了减震屈曲约束支撑的设计，包括材料的选择和各种力的计算以及强度校核；此外还对工艺进行了研究，包括机械加工的工艺
4、和焊接加工的工艺。关键词：减震，约束支撑，设计，机械加工工艺，焊接工艺Design and technology of buckling restrained brace for architectural engineeringAbstract：Seismic buckling-restrained brace in seismic comes, yielding to consume energy generated by itself, can ensure the safety of peoples lives and property in the earthquake, and m
5、ake the repairs after an earthquake time saves time, effort, and money. Therefore, the research on vibration buckling-restrained braces have very important practical significance. This paper describes the seismic buckling-restrained brace research, principles, definitions, advantages of damping desi
6、gn of buckling-restrained braces are studied, including the selection of materials and a variety of capacity calculation and strength; study also, including mechanical processing technology, and welding technology.Keywords: vibration reduction，restrained brace，design，machining process，welding proces
7、sII目 录1 绪论 .11.1 前言 .11.2. 定义 .21.3 原理 .21.4 国内外研究进展 .21.5 优点 .41.6 目的与意义 .52 减震屈曲约束支撑的设计 .52.1 材料 .52.2 设计承载力 .62.3 屈服承载力 .62.4 极限承载力 .62.5 焊接连接承载力 .62.6 强度条件 .62.7 具体计算 .62.8 设计总结 .123 减震屈曲约束支撑的加工工艺 .123.1 机械加工工艺. 143.2 焊接工艺的组成. 184 设计结论. 32参考文献 . 33致献. 34III1. 绪论1.1 前言近年来，世界各地不断发生地震，就在今年 4 月 25 日
8、，尼泊尔发生了 7.8 级特大地震，死伤无数，震后场面惨不忍睹，统计的数据更是让人触目惊心，地震属于天灾，我们无法避免和消除，但我们可以预防和减小损失，因此，人类不断研究探索对抗地震的方法提高对抗地震的能力，减震屈曲约束支撑便是产物之一。各国都在积极的研究它，我国也不例外。我国也是一个多地震国家，地震同样使我国人民的生命安全受到威胁，财产受到损失，家园遭到毁灭性的破坏，而且随着我国经济的不断发展，人口的不断增多，建筑物也越来越高越来越大，因此地震所造成的危害更大，损失更多。五一二大地震的发生使我们更加清楚的认识到这点。从这以后，我国对新建建筑物以及各大公共场所学校提出了一系列的规定和要求，要求
9、研究部门加快对减震屈曲约束支撑的研究，尽快使其国产化、普遍化。所有大地震的灾后统计数据表明：造成地震灾害的主要原因在于建筑物的严重破坏和倒塌。我国工业和民用建筑物中使用减震屈曲约束支撑的很少，地震一来，很容易被破坏，房屋的破坏是造成人们生命财产损失的主要因素。因此，使现有的结构抗震设计理论更加完善，对抗震设防标准进行新的探索，对更加可靠、安全、经济的抗震结构新体系进行更加深入的研究，这些内容已经成为工程抗震结构领域的重中之重，对更加有效的减少地震带来的损失具有非常重要的现实意义。2图 1.1 汶川地震图片1.2 减震屈曲约束支撑的定义屈：使弯曲，与“伸”相对；曲：弯转，与“直”相对，结构的稳定
10、性丧失称作结构屈曲。减震屈曲约束支撑是一种新技术、新工艺和新产品，在国内的很多工程中都已得到应用，其主要作用是能很大程度的提高结构的抗震能力。1.3 减震屈曲约束支撑的原理地震时会产生地震波，地震波所携带的能量会使楼房等建筑物的结构发生变化，使它们受到压力产生受压屈曲，受到拉力产生受拉屈服，而作为结构的耗能构件的减震屈曲约束支撑，则起到了“保险丝”的作用，结构在经受较强地震后，主体不会被破坏，很好的保护了受灾群众的生命财产安全。3图 1.2 零件结构1.4 国内外的研究进展国外研究现况：日本是一个多地震国家，饱受地震折磨，因此对减震屈曲约束支撑的研究也最早，日本学者 Kimura 于上世纪 7
11、0 年代首先提出了利用钢材屈服耗能的减震屈曲约束支撑的设计理念，随后对外围约束管套为正方形钢管内填充水泥砂浆，芯棒钢材为一字型钢板的减震屈曲约束支撑进行了试验研究，研究结果表明：减震屈曲外围约束机制的刚度和间隙的大小是减震屈曲约束支撑设计的关键所在，自此以后，很多学者对减震屈曲约束支撑到的构造的设计、参数的标定、屈服的稳定以及经济性能和耗能行为进行的很多研究，为减震屈曲约束支撑在后续的研究和在工程上的应用奠定了坚实的基础。有了 Kimura 的基础，日本学者对减震屈曲约束支撑先后进行了多次试验研究。Watanabe 等人通过研究一字型减震屈曲约束支撑，得到了大量数据，这些数据表明：减震屈曲约束
12、管套的屈服强度和芯棒钢材的屈服强度有一定的对应关系，他们通过对约束的外径和壁厚的改变，来试验研究矩形钢管内填砂浆的减震屈曲约束支撑，指出了减震屈曲约束支撑的设计要点。2003 年，Murai 等为了使减震屈曲约束支撑国产化，设计且制作出了槽钢-砂浆管套减震屈曲约束支撑，以改变约束单元的横截面面积来对支撑的耗能形为进行理论分析和试验研究。4美国对减震屈曲约束支撑的研究和工程应用也非常早，突破性的进展是 Nakamuea 为了验证减震屈曲约束支撑的抗疲劳性能以及得到支撑的构件的疲劳寿命的计算公式，于 2000 年进行了芯棒钢材为一字形和十字形的减震屈曲约束支撑的对比模拟实验，通过这次实验，美国基本
13、已经掌握了减震屈曲约束支撑的所有技术，与日本处于世界领先地位。国内的研究发展：我国最早研究减震屈曲约束支撑的是蔡克权和陈正诚 2 位学者。陈正诚于 2001年研究了低屈服点芯棒钢材减震屈曲约束支撑的滞回特性，得出了试件拉压存在不对称性抗拉承载力比抗压承载力低的结论。在 2002 年和 2005 年蔡克权先后对双钢管减震屈曲约束支撑进行了理论上的分析以及低周循环拟静力加载的试验，成功的探索了无粘结材料的合适性、支撑连接段所减小的长度以及构造的简化，而且此类减震屈曲约束支撑的优良的滞回性能和抗低周疲劳能力被得到证实。从 2005 年起，大陆学者开始对减震屈曲约束支撑进行研究，进行了一系列的理论分析
14、和研究实验，并取得了非常可观的研究成果。清华大学的郭彦林教授分析了减震屈曲约束支撑的工作原理和力学性能，并由此得到了减震屈曲约束支撑的构成条件，更得到了间隙变化、芯棒钢材宽厚比和约束比等参数的合理范围，简化了设计的方案。程光煜和叶列平为了得出减震屈曲约束支撑的端部的构造措施，专门结合了北京通用国际中心等实例，做了 7 个减震屈曲约束支撑试件和 3 个普通钢材支撑的对比实验。1.5 优点：1.5.1 承载力高在抗震设计中，普通支撑的轴向承载力设计值为：Nb= （1-1）10.35bAf式中， 是轴心受压构件的稳定系数5A 是支撑的横截面积f 是支撑材料强度设计值是支撑的正则化细比 （1-2）ay
15、bfE其中， 是支撑长细比， fay是钢材屈服强度E 是钢材弹性模量在抗震设计中，减震屈曲约束支撑的轴向承受力设计值为：Nb=Af （1-3）式中，A 是减震屈曲约束支撑芯棒钢材的截面面积，f 是减震屈曲约束支撑芯材强度设计值一般情况下，刚度相同时，减震屈曲约束支撑的承载力是普通支撑承载力的 3-10 倍。1.5.2 延性与耗能性良好采用减震屈曲约束支撑的建筑物比普通建筑物的抗震能力强。第一，普通支撑的断面尺寸通常比减震屈曲约束支撑大，这就使得建筑物有很大的刚度，从而导致地震时受到的破坏很大。而减震屈曲约束支撑芯材的有效截面面积较小，建筑物的刚度适当，地震时受到的破坏很小。第二，减震屈曲约束支撑在屈服后建筑物的刚度不会突然下降，结构整体的延性比较好。普通支撑一旦受到的压力很大，失去稳定时，结构的强度就会降低。减震屈曲约束支撑即使受到很大压力发生屈服时，屈服也会继续保持支撑能力，结构整体的承载力仍然较好，因此整体延性比较好。第三，发生中震和大震时，建筑物将具有良好的耗能减震能力，主体结构的构件的损伤不会很重。发生中震和大震时，普通支撑会产生失稳现象，这样主体结构必然受到严重的损伤。而减震屈曲约束支撑在中震和大震作用下屈服后，会将地震波所携带的能力消耗掉，尽它应尽的义务，因此损伤较轻。
