Numerical analysis of initial imperfection influence on the performance of buckling-restrained brace

Abstract

Original scientific paperThe interaction between the core and external restraining members of the buckling-restrained brace (BRB) should be considered because of the significant effect it may cause on the overall performance of BRBs. The mechanism of core member multi-wave deformation is studied for the first time in this research, which presents an actual flexural wave-shape development of core member with increasing axial load and reveals the contact force distribution and development between the core and external restraining members by employing the refined finite element (FE) analysis. The object-oriented programming language Python is applied in the ABAQUS parameter analysis, and the influences of initial imperfection of the core and external restraining members, as well as that of the gap amplitude, on BRB performance are also investigated. Numerical simulation results show that the reverse bending of core member triggered sudden buckling in high-order modes, as well as the overall stress decrease in the external restraining member, whereas the local stress increased with the development of the core deformation waveform. The BRB with the core of symmetric initial imperfection performed worse than that with the core of anti-symmetric initial imperfection in compression. Furthermore, less initial deflection of external restraining members and gap amplitude leads to smaller contact force, thus the BRB can perform more effectively. Keywords: buckling-restrained brace; contact force distribution; gap; initial imperfection; refined finite element Numerička analiza utjecaja početne nesavršenosti na performansu spojnice ograničenog izvijanjaIzvorni znanstveni članak Potrebno je razmotriti interakciju između jezgre i vanjskih ograničavajućih elemenata kod spojnice ograničenog izvijanja (buckling-restrained brace -BRB) zbog značajnog učinka na ukupnu performansu spojnica. Mehanizam deformacije elementa jezgre u obliku nekoliko valova, po prvi se puta analizira u ovom istraživanju i predstavlja element jezgre kao savojni valoviti oblik s povećavajućim aksijalnim opterećenjem te pokazuje distribuciju i razvoj dodirne sile između vanjskih i ograničavajućih elemenata jezgre analizom konačnih elemenata. Objektno orijentiran programski jezik Python primijenjen je u ABAQUS parametrijskoj analizi, a također se analiziraju utjecaji inicijalne nesavršenosti jezgre i vanjskih elemenata ograničenja kao i amplitude razmaka na performansu BRB. Rezultati numeričke simulacije pokazuju da je povratno savijanje elementa jezgre rezultiralo iznenadnim izvijanjem kod viših tipova oscilacije kao i sveukupno smanjenje naprezanja u vanjskom ograničavajućem elementu, dok je lokalno naprezanje poraslo s razvojem valovitog oblika deformacije jezgre. Spojnica (BRB) s jezgrom simetrične inicijalne nesavršenosti funkcionirala je lošije od one s jezgrom protu-simetrične početne nesavršenosti u kompresiji. Nadalje, manji početni progib vanjskih ograničavajućih elemenata i amplitude razmaka rezultira manjom dodirnom silom te spojnica može stoga uči...