一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法

1.本发明涉及动作评估技术领域，尤其涉及一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法。


背景技术：

2.焊接形式的钢框架结构在强震作用下易发生节点连接处焊缝的脆性破坏，且由于各种不定因素，工人焊接时难以保证施工质量，且焊接速度较慢，极大影响了工程施工效率。
3.为提高钢框架梁柱节点抗震性能，保证施工质量，提出了一种摩擦-承压耗能钢质铰用于钢框架梁柱节点中，钢质铰翼缘部分由上下翼缘盖板及上下滑移板组成，腹板部分由耳板、端板、l型板及销轴组成，各部件均为工厂加工，现场通过高强螺栓进行连接。正常使用阶段钢质铰无转动，利用各部件间的摩擦力进行荷载传递；随着荷载增加，滑移板和盖板间出现相对滑移，钢质铰进入滑动阶段，利用摩擦耗散地震能量；当滑移板连接螺栓杆与孔壁发生挤压时，钢质铰进入承压阶段，滑移板产生一定的塑性变形并进行耗能。
4.恢复力模型是基于大量试验及有限元参数分析结果，经过公式简化，数据拟合等方式确定的，是结构构件抗震性能在弹塑性分析中的具体体现，恢复力模型的选择，直接影响框架结构非线性分析结果的准确性。
5.为此，本发明根据摩擦-承压耗能钢质铰力学行为特性，对钢质铰力学模型进行简化，其上下翼缘部分视为轴向受力构件，忽略剪力的影响，且应变沿着钢质铰高度方向均匀分布。在已有的摩擦-承压耗能钢质铰参数分析数据的基础上，提出了适用于所提的摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型，有利于后续结构抗震性能分析及设计。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明提供了一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法。
7.为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
8.一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，对钢质铰力学模型进行简化，将钢质铰上下翼缘部分视为轴向受力构件，忽略剪力的影响，且应变沿着钢质铰高度方向均匀分布；
9.该方法包括如下步骤：
10.s1：确定节点构造尺寸及相关参数；
11.s2：根据摩擦-承压耗能钢质铰尺寸构造及相关参数，计算初始转动刚度及滑动弯矩，并根据回归分析结果对滑动弯矩进行修正，进而确定滑动转角；
12.s3：根据回归分析结果输入各阶段刚度与初始转动刚度系数关系，进而确定钢质铰滑动刚度修正系数和承压刚度修正系数；
13.s4：根据滑移板开孔长度计算钢质铰承压转角，进而确定承压弯矩；
14.s5：根据滑移板构造及钢质铰腹板与翼缘惯性矩比计算钢质铰峰值弯矩，并根据回归分析结果进行修正，进而确定钢质铰峰值弯矩；
15.s6：根据步骤s1-s5得到的特征值确定摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型。
16.进一步的，所述摩擦-承压耗能钢质铰的翼缘部分由上盖板、下盖板以及上滑移板、下滑移板组成，所述上盖板通过高强螺栓与上滑移板固定连接，所述下盖板通过高强螺栓与下滑移板固定连接；上盖板、下盖板与节点梁端翼缘通过高强螺栓进行连接；
17.所述摩擦-承压耗能钢质铰的腹板部分由耳板、端板、l型板及销轴组成，两耳板一端通过销轴相铰接，另一端均焊接固定于端板上，两耳板上均设置有用于穿设高强螺栓的多组弧形孔，弧形孔与销轴同心设置，两侧端板通过高强螺栓与l型板连接，l型板与梁端腹板通过高强螺栓连接。
18.进一步的，s1中节点构造尺寸及相关参数，包括：所述摩擦-承压耗能钢质铰长度l及高度h，弹性模量e，翼缘部分截面积a(包含盖板与滑移板)，滑移板连接螺栓个数nf，滑移板厚度tf，滑移板宽度d，传力摩擦面nv，摩擦系数μ，单个高强螺栓的预紧力p
bolt
及对应系数p(p
bolt
＝220kn时，对应p＝1)，滑移板开孔长度l
slip
，滑移板极限承载力fu，钢质铰腹板和翼缘部分惯性矩iw、if。
19.进一步的，步骤s2中，根据钢质铰的简化受力模型，摩擦-承压耗能钢质铰在弯矩作用下绕着销轴发生转动，上下翼缘处于轴向拉压状态，且翼缘处的轴向力为f，则钢质铰的初始转动刚度k0如下式(3)所示：
20.m＝fh(1)
[0021][0022][0023]
当滑移板与盖板开始发生相对滑移后，摩擦-承压耗能钢质铰发生转动进入滑移阶段，滑移板与盖板滑动时所对应的弯矩m’slip
如下式(4)所示：
[0024][0025][0026]
其中，n
vb
为单个高强螺栓抗剪承载力设计值；
[0027]
根据参数分析结果进行回归分析，对弯矩m’slip
进行修正以考虑腹板部分对起滑行为的影响，得到钢质铰的转动弯矩m
slip
如下式(6)所示：
[0028]mslip
＝αms'
lip
(6)
[0029]
其中，α为滑动弯矩修正系数，如下式(7)所示，由滑移板宽度d及连接螺栓施加预紧力系数p控制：
[0030]
α＝-0.61003p+0.001904d+1.289308(7)
[0031]
则，滑动转角φ
slip
如下式(8)所示：
[0032][0033]
进一步的，s3中根据回归分析结果输入各阶段刚度与初始转动刚度系数关系，具体如下式(9)、(10)所示：
[0034]kslip
＝βk0(9)
[0035]kbear
＝γk0(10)
[0036]
钢质铰滑动刚度修正系数β和承压刚度修正系数γ，如下式(11)、(12)所示：
[0037]
β＝0.004978p-7.20946e-05d+0.016976(11)
[0038]
γ＝-0.0589p+0.000255d+0.070322(12)
[0039]
进一步的，步骤s4中，根据滑移板开孔长度l
slip
计算钢质铰承压转角φ
bear
如下式(13)所示，进而确定承压弯矩m
bear
如下式(14)所示：
[0040][0041][0042]
进一步的，步骤s5中，根据滑移板构造及钢质铰腹板与翼缘部分的惯性矩比η计算钢质铰峰值弯矩m’max
如下式(15)所示：
[0043]
m’max
＝a
slipfu
(h-tf)+ηa
slipfu
(h-tf)(15)
[0044]
η＝iwif(16)
[0045]
其中，a
slip
为滑移板净截面积，在承压阶段，钢质铰的盖板亦承担部分弯矩，因此对弯矩m’max
进行修正，得出峰值弯矩m
max
如下式(17)所示：
[0046]mmax
＝ωm'
max
(17)
[0047]
式中，ω为峰值弯矩修正系数，具体如下式(18)所示：
[0048]
ω＝0.1599778p-0.002186d+1.3174282(18)
[0049]
则，峰值转角如下式(19)所示：
[0050][0051]
进一步的，步骤s6中，根据步骤s1-s5得到的特征值，可得到适用于摩擦-承压耗能钢质铰的简化四折线恢复力模型，表达如下式(20)所示：
[0052][0053]
其简化四折线恢复力模型的路劲移动规则如下：
[0054]
①
时，为弹性状态，沿着经过原点斜率为k0的直线运动；
[0055]
②
时，沿着斜率为k
slip
的直线移动；
[0056]
③
时，沿着斜率为k
bear
的直线移动；
[0057]
④
时，沿着斜率为0的直线移动，荷载恒定为m
max
；
[0058]
卸载时以弹性刚度k0为斜率卸载。
[0059]
基于上述，本发明还提供一种计算机可读的存储介质，所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现如上述摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法。
[0060]
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：
[0061]
本发明在已有的摩擦-承压耗能钢质铰参数分析数据的基础上，提出了适用于所提的摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型，有利于后续结构抗震性能分析及设计。
[0062]
本发明简化了摩擦-承压耗能钢质铰的力学模型，可以考虑不同滑移板参数及连接螺栓施加预紧力对摩擦-承压耗能钢质铰滞回性能的影响，精确确定钢质铰恢复力模型各阶段特征值，进而有利于钢质铰的后续推广使用。
附图说明
[0063]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0064]
图1为本发明摩擦-承压耗能钢质铰恢复力模型构建方法的流程图；
[0065]
图2为带摩擦-承压耗能钢质铰梁柱节点的爆炸图；
[0066]
图3为摩擦-承压耗能钢质铰的结构示意图；
[0067]
图4为摩擦-承压耗能钢质铰的简化力学模型示意图；
[0068]
图5为摩擦-承压耗能钢质铰恢复力模型示意图；
[0069]
图6为本发明计算结果与试验及有限元计算结果对比图。
[0070]
图中标号名称如下：
[0071]
1-上滑移板；2-下滑移板；3-上盖板；4-下盖板；5-l型板；6-销轴；7-耳板；8-端板；9-高强螺栓。
具体实施方式
[0072]
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0073]
本实施例提供一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其中摩擦-承压耗能钢质铰结构如图2-3所示，摩擦-承压耗能钢质铰的翼缘部分由上盖板3、下盖板4以及上滑移板1、下滑移板2组成，上盖板3通过高强螺栓9与上滑移板1固定连接，下盖板4通过高强螺栓9与下滑移板2固定连接；上盖板3、下盖板4与节点梁端翼缘通过高强螺栓9进行连接；
[0074]
摩擦-承压耗能钢质铰的腹板部分由耳板7、端板8、l型板5及销轴6组成，两耳板7
一端通过销轴6相铰接，另一端均焊接固定于端板8上，两耳板7上均设置有用于穿设高强螺栓9的多组弧形孔，弧形孔与销轴6同心设置，两侧端板8通过高强螺栓与l型板5连接，l型板5与梁端腹板通过高强螺栓连接。
[0075]
正常使用阶段钢质铰无转动，利用各部件间的摩擦力进行荷载传递；随着荷载增加，滑移板和盖板间出现相对滑移，钢质铰进入滑动阶段，承载力主要由滑移板及盖板间摩擦力控制；当滑移板连接螺栓杆与孔壁发生挤压时，钢质铰进入承压阶段，主要为滑移板塑性变形耗能；对钢质铰力学模型进行简化，其上下翼缘部分视为轴向受力构件，忽略剪力的影响，且应变沿着钢质铰高度方向均匀分布。
[0076]
参照附图1与4所示，上述摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，包括如下步骤：
[0077]
s1：确定节点构造尺寸及相关参数；包括摩擦-承压耗能钢质铰长度l及高度h，弹性模量e，翼缘部分截面积a(包含盖板与滑移板)，滑移板连接螺栓个数nf，滑移板厚度tf，滑移板宽度d，传力摩擦面nv，摩擦系数μ，单个高强螺栓的预紧力p
bolt
及对应系数p(p
bolt
＝220kn时，对应p＝1)，滑移板开孔长度l
slip
，滑移板极限承载力fu，钢质铰腹板和翼缘部分惯性矩iw、if。
[0078]
s2：根据摩擦-承压耗能钢质铰尺寸构造及相关参数，计算初始转动刚度及滑动弯矩，并根据回归分析结果对滑动弯矩进行修正，进而确定滑动转角。具体地，根据钢质铰的简化受力模型，摩擦-承压耗能钢质铰在弯矩作用下绕着销轴发生转动，上下翼缘处于轴向拉压状态，且翼缘处的轴向力为f，则钢质铰的初始转动刚度k0如下式(3)所示：
[0079]
m＝fh(1)
[0080][0081][0082]
当滑移板与盖板开始发生相对滑移后，摩擦-承压耗能钢质铰发生转动进入滑移阶段，滑移板与盖板滑动时所对应的弯矩m’slip
如下式(4)所示：
[0083][0084][0085]
其中，n
vb
为单个高强螺栓抗剪承载力设计值；需注意的是，摩擦-承压耗能钢质铰发生转动需同时克服翼缘和腹板处的转动弯矩，而m’slip
仅为翼缘部分滑动所需弯矩，故需根据参数分析结果进行回归分析，对弯矩m’slip
进行修正以考虑腹板部分对起滑行为的影响，得到钢质铰的转动弯矩m
slip
如下式(6)所示：
[0086]mslip
＝αms'
lip
(6)
[0087]
其中，α为滑动弯矩修正系数，如下式(7)所示，由滑移板宽度d及连接螺栓施加预紧力系数p控制：
[0088]
α＝-0.61003p+0.001904d+1.289308(7)
[0089]
则，滑动转角如下式(8)所示：
[0090][0091]
根据有限元参数分析结果可知，不同滑移板开孔长度l
slip
的钢质铰在各阶段的刚度和承载力基本重合，只影响承压阶段对应的转角，说明滑移板开孔长度l
slip
对摩擦-承压耗能钢质铰刚度和承载力的影响不大，而螺栓预紧力系数p和摩擦系数μ对摩擦-承压耗能钢质铰的影响趋势相似，因此为简化计算，回归分析结果中考虑参数为螺栓预紧力系数p及滑移板宽度d。
[0092]
s3：根据回归分析结果输入各阶段刚度与初始转动刚度系数关系，进而确定钢质铰滑动刚度修正系数和承压刚度修正系数。根据参数分析结果进行回归分析，确定钢质铰滑动刚度修正系数β和承压刚度修正系数γ，因此有：
[0093]
根据回归分析结果输入各阶段刚度与初始转动刚度系数关系，具体如下式(9)、(10)所示：
[0094]kslip
＝βk0(9)
[0095]kbear
＝γk0(10)
[0096]
钢质铰滑动刚度修正系数β和承压刚度修正系数γ，如下式(11)、(12)所示：
[0097]
β＝0.004978p-7.20946e-05d+0.016976(11)
[0098]
γ＝-0.0589p+0.000255d+0.070322(12)
[0099]
s4：根据滑移板开孔长度l
slip
计算钢质铰承压转角如下式(13)所示，进而确定承压弯矩m
bear
如下式(14)所示：
[0100][0101][0102]
s5：根据滑移板构造及钢质铰腹板与翼缘惯性矩比η计算钢质铰峰值弯矩m’max
如下式(15)所示：
[0103]
m’max
＝a
slipfu
(h-tf)+ηa
slipfu
(h-tf)(15)
[0104]
η＝iwif(16)
[0105]
其中，a
slip
为滑移板净截面积，但在承压阶段，钢质铰的盖板亦承担部分弯矩，因此对弯矩m’max
进行修正，得出峰值弯矩m
max
如下式(17)所示：
[0106]mmax
＝ωm'
max
(17)
[0107]
式中，ω为峰值弯矩修正系数，具体如下式(18)所示：
[0108]
ω＝0.1599778p-0.002186d+1.3174282(18)
[0109]
则，峰值转角φ
max
如下式(19)所示：
[0110][0111]
s6：根据步骤s1-s5得到的特征值，可得到适用于摩擦-承压耗能钢质铰的简化四折线恢复力模型，表达如下式(20)所示：
[0112][0113]
其简化四折线恢复力模型的路劲移动规则如下：
[0114]
①
时，为弹性状态，沿着经过原点斜率为k0的直线运动；
[0115]
②
时，沿着斜率为k
slip
的直线移动；
[0116]
③
时，沿着斜率为k
bear
的直线移动；
[0117]
④
时，沿着斜率为0的直线移动，荷载恒定为m
max
；
[0118]
卸载时以弹性刚度k0为斜率卸载。
[0119]
下面结合附图与实例对本发明进行一步说明：
[0120]
实例1：选用试验数据，滑移板宽度d＝140mm，螺栓预紧力系数p＝1(螺栓预紧力大小p
bolt
为220kn)，l＝450mm，h＝340mm，e＝206000mpa，a＝3680mm2，nv＝2，μ＝0.4，nf＝4，tf＝14，a
slip
＝1400mm2，fu＝420mpa，η＝0.204，l
slip
＝5mm。
[0121]
各项特征值计算如下：
[0122]
回归分析结果所得各项系数：α＝0.946，β＝0.012，γ＝0.047，ω＝1.171
[0123]
初始转动刚度k0为：
[0124]
滑动弯矩m
slip
为：m
slip
＝αms'
lip
＝αnf0.9nvμp
bolt
(h-tf)
[0125]
因此有m
slip
＝0.946
×4×
0.9
×2×
0.4
×
220000
×
(340-14)＝195.40kn.m
[0126]
滑动转角为：
[0127]
滑动刚度k
slip
为：
[0128]
承压刚度k
bear
为：
[0129]
承压转角
[0130]
为：
[0131]
承压弯矩m
bear
为：
[0132]
峰值弯矩m
max
为：m
max
＝ωm'
max
＝ωa
slipfu
(h-tf)(1+η)
[0133]
因此有：m
max
＝1.171
×
1400
×
420
×
(340-14)(1+0.204)＝270.34kn.m
[0134]
峰值转角为：
[0135]
实例2：选用有限元数据，滑移板宽度d＝160mm，螺栓预紧力系数p＝0.4，l＝450mm，h＝340mm，e＝206000mpa，a＝4440mm2，nv＝2，μ＝0.4，nf＝4，tf＝14，a
slip
＝1680mm2，fu
＝420mpa，η＝0.143，l
slip
＝5mm。
[0136]
计算过程与实例1等同，因此不再赘述，由此各得项特征值计算如下：
[0137]
α＝1.35，β＝0.0074，γ＝0.088，ω＝1.032
[0138]
k0＝117480.43kn.mm
slip
＝111.54kn.m
[0139]kslip
＝873.10kn.mk
bear
＝10285.64kn.m
[0140]mbear
＝137.5kn.mm
max
＝271.20kn.m
[0141]
依据实例1及实例2计算所得数据，结合图5摩擦-承压耗能钢质铰恢复力模型示意图及其表达式绘制弯矩(m)-转角(φ)滞回曲线，并与试验及有限元结果进行对比分析，结果如图6(a)和图6(b)所示。由图6可知，根据公式(1)～公式(20)计算得到的弯矩(m)-转角(φ)滞回曲线与试验和有限元得到的结果整体吻合良好，说明依据本文所提方法建立的恢复力模型可较为准确地预测摩擦-承压耗能钢质铰滞回行为。
[0142]
本发明可以考虑不同滑移板参数及连接螺栓施加预紧力大小对摩擦-承压耗能钢质铰滞回性能的影响，较为准确地确定摩擦-承压耗能钢质铰恢复力模型各阶段特征值，进而有利于摩擦-承压耗能钢质铰在装配式框架结构中的进一步应用。
[0143]
另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0144]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0145]
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，对钢质铰力学模型进行简化，将钢质铰上下翼缘部分视为轴向受力构件，忽略剪力的影响，且应变沿着钢质铰高度方向均匀分布；该方法包括如下步骤：s1：确定节点构造尺寸及相关参数；s2：根据摩擦-承压耗能钢质铰尺寸构造及相关参数，计算初始转动刚度及滑动弯矩，并根据回归分析结果对滑动弯矩进行修正，进而确定滑动转角；s3：根据回归分析结果输入各阶段刚度与初始转动刚度系数关系，进而确定钢质铰滑动刚度修正系数和承压刚度修正系数；s4：根据滑移板开孔长度计算钢质铰承压转角，进而确定承压弯矩；s5：根据滑移板构造及钢质铰腹板与翼缘惯性矩比计算钢质铰峰值弯矩，并根据回归分析结果进行修正，进而确定钢质铰峰值弯矩；s6：根据步骤s1-s5得到的特征值确定摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型。2.根据权利要求1所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，所述摩擦-承压耗能钢质铰的翼缘部分由上盖板(3)、下盖板(4)以及上滑移板(1)、下滑移板(2)组成，所述上盖板(3)通过高强螺栓(9)与上滑移板(1)固定连接，所述下盖板(4)通过高强螺栓(9)与下滑移板(2)固定连接；上盖板(3)、下盖板(4)与节点梁端翼缘通过高强螺栓(9)进行连接；所述摩擦-承压耗能钢质铰的腹板部分由耳板(7)、端板(8)、l型板(5)及销轴(6)组成，两耳板(7)一端通过销轴(6)相铰接，另一端均焊接固定于端板(8)上，两耳板(7)上均设置有用于穿设高强螺栓(9)的多组弧形孔，弧形孔与销轴(6)同心设置，两侧端板(8)通过高强螺栓与l型板(5)连接，l型板(5)与梁端腹板通过高强螺栓连接。3.根据权利要求2所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，s1中节点构造尺寸及相关参数，包括：所述摩擦-承压耗能钢质铰长度l及高度h，弹性模量e，翼缘部分截面积a(包含盖板与滑移板)，滑移板连接螺栓个数n
f
，滑移板厚度t
f
，滑移板宽度d，传力摩擦面n
v
，摩擦系数μ，单个高强螺栓的预紧力p
bolt
及对应系数p，滑移板开孔长度l
slip
，滑移板极限承载力f
u
，钢质铰腹板和翼缘部分惯性矩i
w
、i
f
。4.根据权利要求3所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，步骤s2中，根据钢质铰的简化受力模型，摩擦-承压耗能钢质铰在弯矩作用下绕着销轴发生转动，上下翼缘处于轴向拉压状态，且翼缘处的轴向力为f，则钢质铰的初始转动刚度k0如下式(3)所示：m＝fh (1)(1)当滑移板与盖板开始发生相对滑移后，摩擦-承压耗能钢质铰发生转动进入滑移阶段，
滑移板与盖板滑动时所对应的弯矩m’slip
如下式(4)所示：如下式(4)所示：其中，为单个高强螺栓抗剪承载力设计值；根据参数分析结果进行回归分析，对弯矩m’slip
进行修正以考虑腹板部分对起滑行为的影响，得到钢质铰的转动弯矩m
slip
如下式(6)所示：m
slip
＝αm
s
'
lip (6)其中，α为滑动弯矩修正系数，如下式(7)所示，由滑移板宽度d及连接螺栓施加预紧力系数p控制：α＝-0.61003p+0.001904d+1.289308 (7)则，滑动转角如下式(8)所示：5.根据权利要求1所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，s3中根据回归分析结果输入各阶段刚度与初始转动刚度系数关系，具体如下式(9)、(10)所示：k
slip
＝βk
0 (9)k
bear
＝γk
0 (10)钢质铰滑动刚度修正系数β和承压刚度修正系数γ，如下式(11)、(12)所示：β＝0.004978p-7.20946e-05d+0.016976 (11)γ＝-0.0589p+0.000255d+0.070322 (12)6.根据权利要求1所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，步骤s4中，根据滑移板开孔长度l
slip
计算钢质铰承压转角如下式(13)所示，进而确定承压弯矩m
bear
如下式(14)所示：如下式(14)所示：7.根据权利要求1所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，步骤s5中，根据滑移板构造及钢质铰腹板与翼缘部分的惯性矩比η计算钢质铰峰值弯矩m’max
如下式(15)所示：m’max
＝a
slip
f
u
(h-t
f
)+ηa
slip
f
u
(h-t
f
) (15)η＝i
w
i
f (16)其中，a
slip
为滑移板净截面积，在承压阶段，钢质铰的盖板亦承担部分弯矩，因此对弯矩m’max
进行修正，得出峰值弯矩m
max
如下式(17)所示：m
max
＝ωm'
max (17)式中，ω为峰值弯矩修正系数，具体如下式(18)所示：ω＝0.1599778p-0.002186d+1.3174282 (18)则，峰值转角如下式(19)所示：
8.根据权利要求1所述的一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，其特征在于，步骤s6中，根据步骤s1-s5得到的特征值，可得到适用于摩擦-承压耗能钢质铰的简化四折线恢复力模型，表达如下式(20)所示：其简化四折线恢复力模型的路劲移动规则如下：
①
时，为弹性状态，沿着经过原点斜率为k0的直线运动；
②
时，沿着斜率为k
slip
的直线移动；
③
时，沿着斜率为k
bear
的直线移动；
④
时，沿着斜率为0的直线移动，荷载恒定为m
max
；卸载时以弹性刚度k0为斜率卸载。9.一种计算机可读的存储介质，其特征在于：所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现如权利要求1至8之一所述的摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法。

技术总结
本发明公开了一种摩擦-承压耗能钢质铰的恢复力模型构建方法，包括确定钢质铰构造尺寸及相关参数；根据钢质铰构造及相关参数计算钢质铰初始转动刚度及滑动弯矩，并根据回归分析结果对钢质铰滑动弯矩进行修正，确定滑动转角；根据回归分析结果确定各阶段刚度与初始转动刚度关系，确定钢质铰的滑动刚度和承压刚度；根据滑移板开孔长度确定承压时对应的转角，确定承压弯矩；根据滑移板构造及惯性矩比确定钢质铰峰值弯矩，并根据回归分析结果进行修正，确定钢质铰峰值转角；根据以上特征值确定摩擦-承压耗能钢质铰的四折线恢复力模型。本发明对钢质铰力学模型进行简化，且可较准确地预测钢质铰滞回行为，有利于后续结构抗震性能分析及设计。能分析及设计。能分析及设计。


技术研发人员：刘如月 朱云钊 颜桂云 吴俭滨
受保护的技术使用者：福建理工大学
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/11