一種自復(fù)位防屈曲支撐

　　摘要： 在結(jié)構(gòu)中加鋼支撐是鋼結(jié)構(gòu)抗震的一種主要形式。普通支撐在受壓狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生屈曲現(xiàn)象，為了提高支撐的承載力和滯回性能，一般采用在支撐外部設(shè)置套筒的防屈曲支撐。但防屈曲支撐在震后留有過大殘余變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)難以恢復(fù)。因此，本文提出一種新型的具有自復(fù)位功能的支撐構(gòu)件來優(yōu)化傳統(tǒng)防屈曲支撐的抗震性能。并對(duì)該支撐進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行循環(huán)加載分析來對(duì)比分析不同構(gòu)件的復(fù)位能力。研究表明，該自復(fù)位防屈曲支撐相較于普通防屈曲支撐而言，能夠更好的減少結(jié)構(gòu)體系的殘余變形。
　　Abstract： Steel support in the structure is one of the main forms of steel structure aseismic. The buckling of normal braces under compression is very important. In order to improve the bearing capacity and hysteretic performance of braces， buckling restrained brace is usually used to support sleeves outside the support. However， the anti buckling support has a large residual deformation after the earthquake， which causes the structure to be difficult to recover. Therefore， a new type of support component with self reset function is proposed in this paper to optimize the seismic performance of the traditional anti buckling support. The numerical simulation of the support is carried out， and the reposition ability of different components is compared and analyzed by cyclic loading analysis of the structural model. The study shows that the self reset flexion support can reduce the residual deformation of the structural system better than the ordinary buckling support.
　　關(guān)鍵詞： 防屈曲支撐；殘余變形；自復(fù)位；殘余變形
　　Key words： anti buckling support；residual deformation；self reset；residual deformation
　　中圖分類號(hào)：TU317 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0116-03

0 引言

　　近年來地震頻發(fā)，做好結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)尤為重要，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，抗震設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，在結(jié)構(gòu)中加鋼支撐是鋼結(jié)構(gòu)抗震的一種主要形式。防屈曲支撐相較普通支撐而言，其最大優(yōu)勢是構(gòu)件承載力和剛度的分離，這很好地解決了普通支撐無法在不增加結(jié)構(gòu)剛度的情況下提高承載力的問題。此外，防屈曲支撐可以提供很大的抗側(cè)剛度，由于外包約束構(gòu)件的剛度貢獻(xiàn)，使其克服了傳統(tǒng)鋼支撐容易發(fā)生受壓整體屈曲的缺點(diǎn)，內(nèi)核構(gòu)件的橫向變形被外包約束構(gòu)件緊密地約束，也不易發(fā)生高模態(tài)屈曲，拉壓作用下都可以達(dá)到屈服，拉壓承載力近似相等，在經(jīng)歷多次循環(huán)荷載后，也不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度和剛度的退化，滯回曲線穩(wěn)定飽滿，具有良好的疲勞性能和耗能能力。
　　但由于防屈曲支撐依靠耗能內(nèi)芯的彈塑性來耗能，導(dǎo)致在外部荷載施加完畢后會(huì)產(chǎn)生較大的殘余變形，對(duì)于即將倒塌或可能經(jīng)歷后續(xù)地震的結(jié)構(gòu)，殘余變形會(huì)對(duì)其產(chǎn)生嚴(yán)重影響。另外，當(dāng)結(jié)構(gòu)層間殘余變形角超過0.5%時(shí)，結(jié)構(gòu)的修復(fù)成本已大于重建。為了減少或者消除防屈曲支撐體系的殘余變形，根據(jù)基于影響的抗震設(shè)計(jì)概念，國內(nèi)外學(xué)者開展了對(duì)具有恢復(fù)性能系統(tǒng)的研究。
　　2010年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉璐等以普通鋼絞線制作復(fù)位系統(tǒng)，發(fā)明了一種預(yù)應(yīng)力式SCBRB。2013年，曾鵬等采用雙束串聯(lián)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線充當(dāng)支撐復(fù)位系統(tǒng)，提出了全鋼預(yù)應(yīng)力SCBRB的設(shè)計(jì)，該支撐能增大單束預(yù)應(yīng)力SCBRB的最大變形能力。2011年，美國伊利諾伊大學(xué)等采用形狀記憶合金制作復(fù)位系統(tǒng)，開發(fā)了一種形狀記憶合金SCBRB，對(duì)其進(jìn)行擬靜力加載實(shí)驗(yàn)。2014年，美國學(xué)者等對(duì)形狀記憶合金8IQRQ進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)該支撐的模型參數(shù)進(jìn)行研究，給出形狀記憶合金SCBRB的合理設(shè)計(jì)建議。
　　具有自復(fù)位性能的斜撐，可以更好地避免結(jié)構(gòu)在震后殘留的大量變形，使結(jié)構(gòu)更大程度上的得以恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)建筑本身價(jià)值。本文通過提出一種新型的自復(fù)位性能的防屈曲支撐形式，并進(jìn)行數(shù)值模擬分析，研究這種結(jié)構(gòu)對(duì)于建筑減震的優(yōu)勢及缺陷，并驗(yàn)證其滯回性能和復(fù)位效果。

1 自復(fù)位防屈曲支撐的構(gòu)造

　　自復(fù)位防屈曲支撐在構(gòu)造形式上分為兩部分：防屈曲支撐（BRB）復(fù)位系統(tǒng)（SC）。具體形式如圖1所示。
　　由圖1所示，該自復(fù)位防屈曲支撐以十字內(nèi)芯作為主要耗能材料，外部采用方鋼管作為防屈曲套筒，并在十字內(nèi)芯端部加設(shè)高強(qiáng)彈簧提供復(fù)位力。十字內(nèi)芯如圖2所示，選用變截面形式，分為屈服段、加強(qiáng)段、連接段。在十字內(nèi)芯右連接段與加強(qiáng)段交接處焊有固定板，該固定板與外套筒焊接，保證外套筒對(duì)內(nèi)芯的屈曲約束。外套筒為矩形鋼管，內(nèi)部四角焊有四個(gè)角鋼，中間留有十字空隙供十字內(nèi)芯通過。十字內(nèi)芯左連接段中部同樣焊有固定板，為彈簧固定板，上面設(shè)置高強(qiáng)彈簧與外套筒的開孔固定板連接，且開孔固定板同樣留有十字空隙供十字內(nèi)芯彈塑性變形。

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