组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究
新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑性能
作者简 介： 邓雪 松 （９ ７）女 ， 教 授 ， １ ６－ ， 副 主要 从 事 工程 抗 震 和工 程 减 震 控 制 ，Ｅ ｍａ ） ｅｇ ５ ３ １ ３ ｃｒ。 （ — ｉ ｄ ｎ ２ ９ ＠ ６ ．ｏ ｌ ｎ
２ ２
土 木 建 筑 与 环 境 工 程
防屈 曲耗 能支撑试 件 ， 对其进 行轴 向循 环荷 载试 验 ， 并对 其 中的 ４组 试件 采 用 ＡＢ ＡＱＵｓ有 限元 数 值 模拟 分析 。研 究结 果表 明 ： 型外 包钢 筋 混凝 土 钢 管 防屈 曲耗 能 支撑在 受拉 和 受压 时都 能屈 服 新 而不屈 曲， 支撑 的滞 回曲线稳 定 、 满 ， 饱 具有稳 定 的承载 能 力和 良好 的滞 回耗 能 能 力 ； 型外 包钢 筋 新
混凝 土钢 管防屈 曲耗 能 支撑 的恢 复 力模 型 可 采 用双 线性 模 型 来描 述 ； 型 外 包钢 筋混 凝 土钢 管防 新
屈 曲耗 能 支撑构 造合理 ， 能机理 明确 ， 用钢 筋混凝 土约 束核 心钢 管的设 计 思想是 可行 的。 耗 采
关 键词 ： 包钢 筋混凝 土 ； 外 防屈 曲耗 能支撑 ； 环 荷载试 验 ； 循 滞回 曲线 ； 骨架 曲线 中图分 类号 ： Ｕ３ ２ １ Ｔ ５ ． 文献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ４４ ６ （０ ２ ０ －０ １０ １ ７ — ７ ４ ２ １ ） １０ ２ —８
支撑性 能稳 定 ， 耗能性能 良好 。 在二 重钢 管 防屈 曲耗 能 支 撑 的基 础 上 ， 出 了 提
一
新 型外包 钢筋混凝 土钢 管 防屈 曲耗能 支 撑 由核 心 钢管 、 粘结 材料层 、 约束钢 筋混 凝土 三 者组 合 无 外 而成 。核心钢 管 与两 侧 端 板 采用 焊 接 相 连 ， 在 端 并 部设 计 加劲板 以加 强端 部 ； 粘 结 材料 层 一 般 采 用 无
防屈曲耗能支撑研究与应用综述
防屈曲耗能支撑研究与应用综述彭皓琨1杜斌2何炯辉1何春保1（1华南农业大学水利与土木工程学院；2广东顺力智能物流装备股份有限公司）【摘要】介绍了防屈曲耗能构件的构成以及其发展过程，阐述了防屈曲耗能支撑构件三种主要类型的截面形式，并对比分析了不同类别的防屈曲构件优缺点，介绍了防屈曲耗能支撑所具有的主要性能及其在实际工程的应用效果，最后对防屈曲耗能支撑今后需要进一步研究的重点进行了说明。
【关键词】防屈曲支撑；研究历程；主要性能；发展方向0引言普通结构所布置的支撑构件在承受地震作用时刚度迅速下降，耗能效果差，无法起到保护整体结构的作用，而防屈曲耗能支撑具有性能稳定、制作简单等特点，在正常承载情况下为结构提供抗侧刚度，在地震作用下通过拉压滞回消耗输入结构的能量。
防屈曲耗能支撑由内核构件、外包约束和无黏结膨胀材料组成[1]，其构成方式如图1所示。
内核单元可分为约束屈服段（核心段）、约束非屈服段（过渡段）、无约束非屈服段（连接段）三部分（图2）。
约束屈服段是整个防屈曲支撑的核心部分，其作用是在地震作用下屈服进而消耗结构承受的能量；约束非屈服段是约束屈服段的延伸部分，主要作用是实现约束屈服段和无约束非屈服段之间的平稳过渡，通常有改变截面宽度和焊接加劲肋两种方法；无约束非屈服段用于连接防屈曲支撑和主体结构，通常采用螺栓、焊接等方式连接。
防屈曲耗能支撑是利用自身的滞回性能进行耗能，所以其内芯钢材普遍采用低屈服点钢制成，例如屈服强度160MPa 的钢材，并且钢材的强屈比不应小于1.2，伸长率应大于25%且具有一定的韧性。
支撑在承受地震作用时，主要由约束屈服段的耗能内芯承受轴向压力，所以内核单元会发生横向位移，由于外包约束限制其侧向变形，使构件具有屈服但不屈曲的效果，其特点是防止构件由于丧失稳定性而降低承载力。
1发展与分类1.1发展历史1960年，日本学者Sukenobu 等人[2]提出了一种在钢支撑外部包裹钢筋混凝土板墙的结构形式，此种结构能有效地提高墙体的承载能力，但延性和耗能能力并不理想。
防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能及设计方法研究
防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能及设计方法研究防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能及设计方法研究摘要：随着人们对抗震性能的要求不断提高，从而引发了混凝土框架结构的研究热潮。
本文通过防屈曲支撑的应用，对混凝土框架结构的抗震性能及设计方法进行深入研究。
首先，介绍了防屈曲支撑的基本原理和分类。
然后，探讨了防屈曲支撑在混凝土框架结构中的应用优势以及与传统框架结构相比的差异。
接下来，通过理论分析和数值模拟，研究了防屈曲支撑对混凝土框架结构抗震性能的影响。
最后，介绍了一种设计方法，以实现防屈曲支撑混凝土框架结构的优化设计。
关键词：防屈曲支撑；混凝土框架结构；抗震性能；设计方法1. 引言混凝土框架结构是一种常用的建筑结构形式，因其强度、刚度和耐久性良好，广泛应用于各类建筑中。
然而，随着人们对建筑抗震性能要求的提高，传统的混凝土框架结构在地震中的性能已经不能满足需求。
因此，研究改善并提高混凝土框架结构的抗震性能具有重要意义。
2. 防屈曲支撑的基本原理和分类防屈曲支撑是一种通过在结构中增加特殊构件来改善其抗震性能的方法。
其基本原理是在结构中引入支撑，并通过支撑的弹性变形吸收和耗散地震能量，从而减小结构的变形和损伤。
根据支撑类型的不同，可将防屈曲支撑分为刚性支撑和非刚性支撑。
3. 防屈曲支撑在混凝土框架结构中的应用优势相比于传统的混凝土框架结构，防屈曲支撑在抗震性能方面具有明显的优势。
首先，防屈曲支撑能够有效地降低结构的刚度，从而减小地震荷载对结构造成的影响。
其次，防屈曲支撑具有较高的耗能能力，能够有效地吸收地震能量，降低结构的反应性能。
此外，防屈曲支撑还能够提高结构的延性，延长结构的使用寿命。
4. 防屈曲支撑对混凝土框架结构抗震性能的影响通过理论分析和数值模拟，研究了防屈曲支撑对混凝土框架结构抗震性能的影响。
结果显示，防屈曲支撑能够显著降低结构的最大位移和变形，提高结构的刚度和稳定性。
此外，防屈曲支撑还能够有效地减小结构的损伤程度，降低维修成本。
框架结构防屈曲耗能支撑抗震性能研究
框架结构防屈曲耗能支撑抗震性能研究发表时间：2016-03-23T14:05:56.490Z 来源：《基层建设》2015年25期供稿作者：王建合[导读] 唐山柒麟正东房地产开发有限公司 BRB主要由核心受力芯材、约束系统（钢管、砂浆、混凝土等）和无粘结材料组成。
王建合唐山柒麟正东房地产开发有限公司 063020摘要：防屈曲支撑（Bucking Restrained Brace，简称BRB）作为一种当今颇具应用前景的耗能减震构件，可以在地震来临时展现出良好的耗能能力和延性。
本文简要介绍了BRB的基本原理和布置原则，并结合工程案例，采用有限元软件对一栋采用支撑型耗能器的学校建筑（9度区）进行了动力弹塑性分析和抗震性能评价，分析结果表明：在结构的合理位置设置BRB可以有效地提高原结构的抗震性能，是实现建筑结构基于性能化设计的有效方法。
关键词：防屈曲耗能支撑；弹塑性分析；9度区；抗震性能Abstract：As a kind of prospective energy dissipation and vibration reduction component，nice energy dissipation capacity and ductility of buckling restrained brace（BRB）could be exhibited when the structures subjected to the earth quake.In this paper，basic principle and arrangement principle of BRB have been introduced briefly，and on the base of an engineering case，dynamic elastic-plastic analysis and evaluation of seismic performance of the structure which has used support type energy dissipators in 9 regions have been done.It has been indicated that seismic behavior of the structure would be improved when BRB has been arranged reasonably in structures by the analysis results，and BRB scheme is a effective way to design based on the structure performance.Keywords：buckling restrained brace；elastic-plastic analysis；9 regions；seismic behavior一、BRB的基本原理和布置原则（一）基本原理BRB主要由核心受力芯材、约束系统（钢管、砂浆、混凝土等）和无粘结材料组成。
防屈曲支撑研究进展综述
防屈曲支撑研究进展综述防屈曲支撑研究进展综述张志1董姣2（1 广州大学土木工程学院；2 五邑大学土木建筑学院）要】防屈曲支撑(BRB)是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式，其具有良好【摘要】的滞回特性，在拉压情况下都可以充分屈服而不屈曲，作为地震作用下的主要耗能部件，可有效保护结构主要梁柱的安全。
本文综述了防屈曲支撑的基本组成形式及受力机理，介绍了近年国内相关研究进展，并指出了有待进一步研究的问题。
【关键词】防屈曲支撑；受力机理；应用1 引言中国是地震频发的国家，根据过去一百年的统计，全球约三分之一的地震发生在中国，因地震而造成的死亡人数更是占了全球近一半[2]。
其中，房屋建筑的倒塌和破坏是造成人员伤亡和直接经济损失的主要原因。
在目前的工程技术中，对于高宽比较大的高层建筑结构，通常采用支撑阻尼元件来耗散地震能量，目前人们认为最有效的支撑元件是防屈曲支撑。
防屈曲支撑是金属屈服耗能阻尼器，它是利用芯材的塑性变形将地震能量转化为金属分子的内能。
相对于普通支撑，防屈曲支撑具有良好的滞回性能、较高的屈服承载力。
防屈曲支撑设计，可以在小震或通常风荷作用下不屈服，而只作为普通构件，在大震时才开始耗能工作。
防屈曲支撑无论在受拉或受压情况下芯材都可能发生屈曲，消耗大量的地震能量，减小地震对建筑物的影响。
在地震作用下，结构刚度越大对地震的响应就越大，设计人员在满足结构的承载力要求下，尽可能减小结构刚度来减小地震作用，布置防屈曲支撑是很好的方法。
因此，防屈曲支撑在耗能减震领域得到广泛的应用，并具有广阔的发展前景。
2 防屈曲支撑的基本原理2.1 基本组成防屈曲支撑一般由芯板材料、套管及无黏结填充材料组成，如图1。
其中芯板是主要受力构件，主要材料为屈服钢或者碳钢，套管为普通钢制套管，无黏结填充材料为无黏结可膨胀材料，如混凝土、橡胶、聚乙烯、硅胶、乳胶等。
填充材料与芯材间留有一定的间隙，以容许芯材在受压时膨胀。
防屈曲消能支撑
摘要防屈曲支撑是一种良好的耗能减震构件，目前已经得到了实际应用。
本文在前人几十年已经做的大量实验和研究成果的基础之上，综述了防屈曲耗能支撑在国内外的发展和应用现状。
分析了已有防屈曲支撑的优点和缺点，并针对已有防屈曲耗能支撑产品的不足，提出了若干未来需要进一步研究的问题。
目前对防屈曲支撑的研究主要集中于外包钢管混凝土的防屈曲支撑，对于其他类型的防屈曲支撑则研究较少。
本文提出应用一种工字钢作为耗能单元的防屈曲支撑，并进行了ANSYS数值模拟。
在理论分析的基础上，制作了2组试件进行了试验，进行了低周反复荷载加载试验，对2组试件的力—位移滞回曲线进行了研究。
结果表明所研究的此种支撑构造合理、工作可靠、耗能力强、抗震性能优越。
本文通过改变防屈曲支撑的布置方式，研究了防屈曲支撑的布置对结构抗震性能的影响在此基础上，将此种支撑应用于框架中，对防屈曲支撑框架的抗震性能作了进一步的研究，推导了防屈曲支撑的附加阻尼比以及防屈曲支撑对柱附加轴力的影响。
第一章绪论1.1 课题来源本课题为北京市建筑设计研究院科技基金项目，试验及理论分析都得到了北京市建筑设计研究院研究所的大力支持与帮助。
1.2 引言地震自古以来就是威胁人类生命财产安全的主要自然灾害之一，地震除导致房屋倒塌、人员伤亡等直接损害之外，还会引发火灾、瘟疫等次生灾害，造成巨大的经济损失。
我国是世界上遭受地震灾害最为严重的国家之一， 1966年3月8日发生在河北省邢台地区的6.8级强烈地震和1976年7月28日的7.8级唐山大地震是我国上世纪发生的最为严重的地震灾害，其中邢台大地震死亡8千多人，唐山大地震死亡24万多人。
2008年5月12日发生在四川汶川的8.0级地震是本世纪迄今为止最为严重的地震，造成7万余人死亡。
2008年5月2日，四川省汶川县发生8.0级地震，地震造成6万9千多人死亡，1万8千多人失踪。
汶川地区共发生4.0级以上余震261次，其中4.0-4.9级地震222次，5.0-5.9级地震31次，6.0级以上地震8次(不包括主震)，最大余震震级为6.4。
防屈曲耗能支撑在铰接混凝土框架抗震加固中的应用
Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｆＢｕ ｋ ｉ ｇ Ｒｅ ｔｔ ｄ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｃ ｌ ｓ ｒ ｉ ｅ ａ ｅ ｎ Ｈｉ ｇ ・ ｎ ｃ ｅ ｎ
Ｃｏ ｃ ｅ ｅ Ｆｒ ｍ ｅ ｏ ｅｓ ｉ ｔ ｏ ｔｉ ｇ ｎ ｒ ｔ ａ ｓｆ ｒ Ｓ ｉｍ ｃ Ｒｅｒ ｆ ｔｎ ｉ
ｂ ｒ Ｂ ｃ ｌ ｇ ｒ ｓｒ ｉ ｅ ｒ ｃ ａ ｘ ｃ ｉｌ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｎ ｉｌ ａ ．Ｉ ｃ ｎ ｋ ｅ ｌｓｉ ｎ ｅ ｅ ｕ ｎ — ｅ ． ｕ ｋｉ ｅ ｔ ｎ ｄ ｂ ａ ｅ ｈ ｓｅ ａ ｔ ｅ ｄ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ｄ ｙ ｅｄ ｌ ｄ ｔ ａ ｅ ｐ ｅ ａ ｔ ｕ ｄ ｒｆ ｑ ｅ ｔ ｎ ａ ｙ ａ ｏ ｃ ｒ
震 和 罕遇地震 下 ， 防屈 曲耗 能 支撑 将 屈 服 耗 能 ， 而为 结构 提 供 耗 能 能 力 。结合 防屈 曲耗 能 支撑 的特 从
点 ， 出在铰 接 混凝 土框 架结构 中的抗震加 固方 法 ， 结合 实际 工程 实例 ， 究加 固后 结构 的耗 能 能力 。 提 并 研
关键词 防屈 曲耗 能支撑 ， 接框 架 ，抗震 加 固 ， 能 铰 耗
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｈｉ ｇ — ｏ ｎｅ ｔ ｄ ｃ ｎ ｒｔ ａ ｓａ ｅ ｓｉ ｅ ｎ Ｃｈ ｎ ．Ｔｈ ａ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｔ ｏ ｔｅ ｒｈ ａ ｅ ｓｒ ｃ ｎ ｅ ｃ ｎ ｃｅ ｏ ｃ ｅｅ ｆ ｍｅ ｒ ｔ ｌｕｓ ｄ ｉ ｉ ａ ｒ ｌ ｅｆ ｍｅｉ ｅ ｉｈ ｄ ｗｉ ｕ ａ ｔｑｕ ｋ ｒ ｈ ｒ ｓｓｉｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ａ ｉｎ．Ｉ ｓ ｎ ｃ ｓ ａ ｙ ｔ ｏ ｄ ｃ ｅ ｓ ｃ ｅ ｒｆｔｉ ｇ ｔ ｈ ｓ ｋ ｎ ｆ ｓｒ ｃ ｕ ｅ Ｂｕ ｋ ｉ ｇ ｒ － ｅ ｉｔ ｏ ｓｄ ｒ ｔ ｖ ｏ ｔｉ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｕ ｔｓ ｉｍｉ ｒ ｔｏｉｔｎ ｏ ｔ ｉ ｉ ｄ ｏ ｔ ｔ ｒ ． ｕ ｃ ｌｎ ｅ ｓｒ ｉ ｅ ｒ ｃ ｓｗｅ ｅｄｅ ｅｏ ｄ ｆｏ ｓｅ ｌｂ ａ ｅ ａ ｄ ｏ ｅ ｅ ｍｅ ｈ ａ ｎ ｓ ｆｕ ｓａ ｌｔ ｆｃ ｍｍｏ ｔ ｅ ｉ ｔａ ｎ ｄ ｂ ａ ｅ ｒ ｖ ｌｐｅ ｒ ｍ ｔｅ ｒ ｃ ｎ ｖ ｒ ｏ ｄ ｔ ｅ ｗｅ ｋ ｅ ｓｏ ｎ ｔｂ ｉｙ ｏ ｏ ｎ ｓｅ ｌｔｍ—
组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究
的最大变形 出现在 内核中间部位 ， 但变形值不是很
大 。没 有发 生 内核端 部 的局 部 屈 曲 破 坏 ， 没 有 整 也
体失稳破 坏 ， 支撑 内核 也没有 发生 高阶屈 曲现象 ， 表 明该支 撑 设计 合 理 ， 震 性 能 较 好 。模 型 ５的 内 抗
核 单 元发 生 了多个 半 波 弯 曲 的 高 阶模 态 屈 曲 ， 曲 屈 变 形 的 幅值 为 ２ ３ ９ｍｍ， 外 包 钢 管 依 然 保 持 挺 ． １ 而 直 状 态 。多 个 波 段 的 弯 曲使 得 支 撑 内 核 单 元 的最 大轴 向应力 分 布 不 均 匀 ， 发 生 在 多 波屈 曲半 波 的 都
作， 提供较好 的耗厶 厶 力 。 ＦＦ ｉｉ ｂＥ 匕匕 （ ）内 、 核之 间 的间隙 。该 间 隙是保 证 防屈 曲 ２ 外
耗能 支撑正 常工 作 的前提条 件【 ， 置 合理 的间 隙大 设
小才能保证支撑 出现合理的高 阶模 态屈曲。若 间隙
过小 ， 由于泊松 效应 作 用 （ 当一 个物 体 受 到 垂直 压 缩
后， 外套管能 够提供较 好 的约束保 护作用 ， 使得 内
核 端 头并 未 过 早地 发 生 局 部 屈 曲破 坏 ， 而构 件 最 终 应 该 以整 体 失 稳 破 坏 ， 明该 构 件 设 计 较 合 理 ， 表 抗 震 耗 能性 能 良好 。模 型 ２外 套 管 端 部 与 内 核 接 触 处 屈 曲变 形 值 也 最 大 ， 是 继 续 施 加 位 移 荷 载 ， 若 内 核 的 端部 有 可 能 发 生 局 部 屈 曲 破 坏 。这 主 要 是 因 为 内核 端 部 突 出段 长 度 稍 长 ， 得 外 核 对 内核 的 约 使
中图分类号 ： １ ． ； Ｐ３ ５ ９ＴＵ３２ １ ５． 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ３５ ８ （０ １ ０—４ ７０ １ ７ —７ １ ２ １ ）４０ ３ —３
防屈曲耗能支撑加固钢筋混凝土框架结构抗震性能分析的开题报告
防屈曲耗能支撑加固钢筋混凝土框架结构抗震性能分析的开题报告一、选题背景和研究意义随着社会的快速发展，城市化进程不断加快，建筑结构的抗震性能成为了重要的研究方向。
钢筋混凝土框架结构作为一种常见的建筑结构，其抗震性能的提高是保障人民生命财产安全的重要措施。
屈曲是现代钢筋混凝土框架结构在地震中产生的常见破坏形式之一，屈曲破坏不仅影响结构的承载能力，也会对结构的耐久性产生很大的影响。
因此，设计一种能够有效防止屈曲破坏的支撑方案是很有必要的。
钢筋混凝土框架结构加固方案采用防屈曲耗能支撑可以有效降低结构中的屈曲破坏，提高其抗震性能。
研究防屈曲耗能支撑加固钢筋混凝土框架结构的抗震性能，对于深入了解钢筋混凝土框架结构的抗震性能具有重要意义。
二、研究内容和技术路线1.研究内容本研究拟防屈曲耗能支撑加固钢筋混凝土框架结构的抗震性能进行深入研究，主要包括以下内容：（1）介绍钢筋混凝土框架结构的基本原理和抗震设计准则；（2）阐述屈曲破坏的机理与特点；（3）分析防屈曲耗能支撑的基本原理和应用场合；（4）选择适宜的材料和技术手段，对钢筋混凝土框架结构的防屈曲耗能支撑加固方案进行设计；（5）在不同震级的地震荷载情况下，对加固前后的钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析和对比。
2.技术路线（1）文献调研通过查阅相关的文献资料，对钢筋混凝土框架结构的基本原理和抗震设计准则、防屈曲耗能支撑的基本原理和应用场合、国内外在该方面的研究情况等进行综合了解。
（2）加固方案设计根据文献调研的结论和针对该结构的特点，设计出一种防屈曲耗能支撑加固方案；（3）模拟分析通过有限元软件建立模型，对加固前后的钢筋混凝土框架结构进行动力学分析和比较分析，并对分析结果进行解释和评价。
（4）对比分析对比分析不同地震作用下加固前后的钢筋混凝土框架结构的受力性能、变形特点和耗能能力，进一步验证防屈曲耗能支撑加固方案的有效性。
三、进度计划1.前期准备（1个月）（1）开展文献调研，了解防屈曲耗能支撑加固钢筋混凝土框架结构的研究现状；（2）选择有限元软件，并熟悉使用方法；（3）确定研究方案，编制开题报告。
防屈曲支撑钢框架结构耗能性能分析
文章编号:100926825(2010)0120100203防屈曲支撑钢框架结构耗能性能分析收稿日期:2009209202作者简介:梁华堂(19722),男,工程师,邯郸市盛达建筑有限公司,河北邯郸 056000高天宝(19782),男,讲师,河北工程大学土木工程学院,河北邯郸 056038马裕超(19832),男,河北工程大学土木工程学院硕士研究生,河北邯郸 056038梁华堂 高天宝 马裕超摘 要:指出耗能支撑是钢结构及钢筋混凝土结构的重要组成部分,防屈曲支撑作为一种新的耗能支撑,在国内外研究和工程应用中日趋增多,通过SAP2000有限元软件对设有防屈曲支撑的多层钢框架进行了耗能减震性能分析,结果表明:防屈曲支撑具有良好的耗能减震性能,是结构抗震设计的一种新方案。
关键词:钢框架,防屈曲支撑,耗能,非线性,时程分析中图分类号:TU352文献标识码:A0 引言防屈曲支撑(Buckling Restrained Brace )又名无粘结支撑、约束屈曲支撑等。
图1是T 形防屈曲支撑组成图。
近年来在国内外特别是日本和美国的研究与应用逐渐增多。
普通的支撑有中心支撑和偏心支撑两种。
在发生中震和大震时,中心支撑会受压屈曲和受拉屈服,由于受压屈曲不利于耗能减震,为了弥补中心支撑这一缺陷,采用防屈曲支撑来避免支撑屈曲。
防屈曲支撑是一种在受拉与受压时均能达到屈服而不发生挫屈的轴力构件,而且防屈曲支撑的滞回曲线比较饱满,其耗能能力远远超过普通支撑。
1 运动微分方程与力学模型1.1 运动微分方程防屈曲支撑一般安装在结构的可变形部位,当结构因振动而发生变形时,防屈曲支撑也随之发生变形而消耗地震能量,从而减小结构的振动反应。
在地震作用下,安装有防屈曲支撑的框架结构的运动微分方程为[3]:[M ]{¨x (t )}+[C ]{ x (t )}+[K ]{x (t )}=-[M ]{I}¨x g (t )-[H ]{u (t )}。
防屈曲耗能支撑技术研究与工程应用
文章编号：０ ５ ６ ３ （０ ２ １ — １１ ０ １０ — ０ ３ ２ １ ）０ ０ ４ — ４
ｓ ＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＩＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ ｃ—Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ ＣＮ Ｍ
２１年 ０２
第２卷 ２
第 １ 期 ０
３２ 防屈 曲耗 能 支撑 布 置 原在结 构体系 中起 到“ 险丝” 保 的作
用。
防屈 曲耗 能支撑要 尽可 能地布 置在 能使 其充分 发挥 耗能 性 能的位置 ， 同时不 影响建 筑平 面和空 间的使 用功能 ， 能满 并 足整体结构 的受力要求 。防屈 曲耗 能支撑可遵循下列原则进行
４ 防屈 曲耗能 支撑材 料及连 接方 法
４１ 材料 要求 ．
１ ４１
冀华萍
防屈 曲耗能支撑技 术研究与工程应用
本刊 Ｅ ｍａｌｊ＠ｓｉｆｎ ｔ — ｉｂｂ ｘｎｏ ｅ ：
．
科技论坛
根据工程应用模式 的不 同，防屈 曲耗 能支撑 分为耗能型防
屈曲耗 能支撑 、防屈 曲耗能支撑型 阻尼器 以及 承载型防屈曲耗
ｍ， ２本工程为混凝 土框架结构 ， 地下一层 ， 层高 ８６１； ． １ 局部夹层 ， ３ 层高 ５ 地上 ５ ， 高 ４５ｉ。初 步设计时 ， ． ｍ； ４ 层 层 ．ｎ 结构采用了传统
的混凝 土支撑 ， 整体结构的主要耗能部件为混凝 土梁柱 。但由于 混凝土结构的层 间滞 回能力差 ，在大震时混凝土容易失去 弹性 而开裂 ， 破坏支撑 效果 ， 导致主体结构扭 转变形 ， 埋下 了安全 隐 患， 并且混凝土梁柱震后很难修复。经过专家讨论 ， 将混凝 土支 撑替换 为防屈 曲耗能支撑 ， 在楼梯疏散通道 、 转角等部位设有 １ ０ 种类型 ８ 防屈 曲耗能支撑 ， ６根 大大提高 了结构耗 能能力 和延性 性能。在 弹性范 围内 ， 防屈曲耗能支撑不仅发挥 了混凝土梁柱支 撑的功能 ， 而且大大提高结构抗扭刚度。在偶 遇大震作用时 ， 支
屈曲约束支撑滞回性能及框架抗震能力研究
屈曲约束支撑滞回性能及框架抗震能力研究屈曲约束支撑是一种金属屈服耗能装置,同时也是一种不发生整体屈曲的钢支撑抗侧力构件,由核心部件、约束部件、无粘结材料或间隙三部分组成。
小震时,屈曲约束支撑保持弹性,为结构提供抗侧刚度;中震或大震时,屈曲约束支撑通过约束部件有效抑制核心部件的整体屈曲或大幅局部屈曲,从而充分利用金属屈服后的滞回性能耗散地震能量,减小结构响应,避免主体结构发生严重损伤。
屈曲约束支撑根据外围约束部件的不同,可分为钢管混凝土屈曲约束支撑和全钢屈曲约束支撑。
其中,全钢屈曲约束支撑加工制作方便,但其细部构造有待优化,经济有效的支撑截面形式仍需拓展,其在结构抗震加固中的应用仍可深入探究。
针对上述问题,本文通过理论解析、试验研究和数值模拟等方法,分别从支撑共性构造、新型支撑约束机制及其在框架抗震能力加固中的应用等方面对全钢屈曲约束支撑及结构进行了系统研究。
主要研究内容和结论如下:在第2章中,深入研究了屈曲约束支撑核心部件共性构造对低周疲劳性能的影响,为新型全钢屈曲约束支撑的研发提供了设计建议:通过试验评估了核心部件过渡段的截面过渡方式、弹性段和过渡段伸入约束部件长度等构造尺寸对一字形核心全钢屈曲约束支撑累积塑性变形和失效模式的影响;结合有限元分析,对比了核心部件不同构造所引起的应力应变集中现象,揭示了改进设计后试件低周疲劳性能提高的原因。
结果表明,采用圆弧形过渡方式以及增加弹性段和过渡段伸入约束部件长度,可改善核心部件的应力应变集中现象,显著提高其低周疲劳性能。
在第3章中,首次研究了无粘结材料对全钢屈曲约束支撑滞回性能的影响,为新型全钢屈曲约束支撑的设计提供了理论基础.:通过试验对比了采用和未采用无粘结材料的一字形核心全钢屈曲约束支撑的滞回曲线、失效模式和累积塑性变形能力;对核心部件的多波屈曲行为进行了理论推导,给出了支撑受压承载力调整系数的估算公式;通过有限元分析了核心板和约束部件之间接触力以及核心板沿纵向的应变集中现象;结合试验和有限元参数分析,提出了无约束宽厚比、平面外间隙等相关设计建议。
约束屈曲支撑耗能性能试验研究
４ ３ 内核 长 细 比对 耗 能性 能 的影 响 ． 通 过 对 构 件 ＭＢＲ ｓ ２和 ＭＢ Ｂ 一 Ｂ一 Ｒ ｓ ３的 滞 回
破 坏 的表 现 。 一般 来 说 ，剪 切 受 力 影 响越 大 ，滞
回 曲线形 状 的 “ 捏缩 ” 现象 越 明显 。 在许 多构 件 中 ， 往往 开始 是梭 形 ， 然后 发 展到 弓形 、 Ｓ形 或 Ｚ 。 反 形
图 １ 件 模 型 构 造 图 试
４循 环 加 载试 验 ２加 载 方 式
通 过理 论计 算 初 步确 定 的梁柱 连 接 节 点 的极 限荷 载和 最 大节 点位 移 ，参 考 已有试 验 的加 载 方
案 ，确 定 整 个 试 验 过 程 是 在 结 合 位 移 监 测 的 力 的控 制状 态 下 进 行。 加 载 时采 取 分 级递 增 加 载 方 考 虑 到 经济 因素 ，试 验 采 用拟 动 力试 验 来 近
坏 ，故 而取 １ ｍｍ 为增 量荷 载 ，见 图 ２ 。
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新型全钢防屈曲支撑的耗能研究
新型全钢防屈曲支撑的耗能研究防屈曲支撑是一种新型的耗能构件,通常由内核芯和外围约束构件组成,内核芯大多选用低屈服点的钢材,轴向荷载直接作用于内核芯,外围单元只对内核芯起到约束的作用,提高内核芯的屈曲荷载并使其全截面达到屈服。
框架结构的抗侧刚度较小,结构遇到强地震作用或风荷载时,会产生较大的侧移,所以防屈曲耗能支撑主要用于框架结构中作为抗侧力构件,提高框架结构的抗侧刚度。
钢管混凝土防屈曲支撑是常见的,但需要在内核芯和混凝土之间做无粘结处理并留适当的间隙,所以制作难度较大,生产周期较长;全钢防屈曲支撑虽然较钢管混凝土支撑加工方便,但常见的支撑截面形式为单核心截面,与框架的节点板的连接较为复杂,而且外围约束构件大多采用整体式或焊接。
基于以上的分析,相应的提出了双T型装配式全钢防屈曲支撑,内核芯采用双截面便于夹住框架节点板,减少连接长度;外围约束构件相对应的选用我国的型钢并采用高强螺栓拼装,适合于工业化批量生产并现场安装和维修。
本文的研究方式为理论分析结合有限元数值模拟,深入分析研究该类新型防屈曲支撑结构体系的抗震性能。
具体内容如下:(1)对防屈曲耗能支撑进行理论上的分析研究,通过对防屈曲耗能支撑进行整体屈曲失稳和局部屈曲失稳分析推导出约束比和宽厚比的限值,对内核芯的变形分析得出合理的间隙值。
(2)利用有限元软件ABAQUS对双T型全钢装配式防屈曲支撑进行有限元数值模拟,对影响其力学行为的参数进行研究分析;分别具体分析考察了会影响防屈曲耗能支撑力学行为的参数:内核芯和外围约束构件之间的间隙、约束比、内核芯宽厚比和螺栓间距,得到合理的参数值范围。
在同等条件下,对比分析了普通支撑和双T型防屈曲支撑的耗能滞回特性。
(3)基于上述研究分析,利用编程软件OpenSees进一步研究该类防屈曲支撑在组合框架结构体系的抗震性能,并与纯框架结构体系和普通支撑框架结构体系进行对比分析,从第三章提取了防屈曲支撑的滞回性能骨架曲线并赋给结构体系中的防屈曲支撑。
加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构抗震性能研究的开题报告
加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构抗震性能研究的开题报告一、研究背景钢筋混凝土结构作为一种重要的建筑结构体系，在各类建筑中广泛应用。
在建筑工程中，地震是一种高频发生的自然灾害，对建筑结构体系的稳定性和安全性产生重大影响。
因此，研究钢筋混凝土结构体系的抗震性能具有重要的理论和实际意义。
防屈曲支撑在近年来已广泛应用于钢筋混凝土结构体系的抗震设计中。
防屈曲支撑是一种基于防止结构柱的屈曲而设计的结构支撑形式。
在地震荷载作用下，防屈曲支撑可以大幅度减小结构的柔度和位移，从而提高结构体系的稳定性和抗震性能。
因此，加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构在抗震设计中具有较好的应用前景。
二、研究目的本研究旨在探究加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构的抗震性能。
具体目的如下：1. 分析加设防屈曲支撑对钢筋混凝土板柱结构抗震性能的影响。
2. 研究防屈曲支撑的数量、分布方式、初始刚度等参数对结构抗震性能的影响。
3. 分析钢筋混凝土板柱结构中板、柱、防屈曲支撑之间的相互作用。
4. 基于有限元数值模拟方法对研究对象进行抗震性能分析。
三、研究内容1. 防屈曲支撑的原理和设计方法。
结合国内外的研究成果，对防屈曲支撑的原理和设计方法进行综述和分析。
2. 加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构的抗震性能分析。
通过建立有限元数值模型，分析加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构在地震荷载下的抗震性能。
分析结构的位移、变形、应力等参数，并与未加设防屈曲支撑的结构进行比较。
3. 参数分析。
通过改变防屈曲支撑的数量、分布方式、初始刚度等参数，进行参数分析，研究这些参数对结构抗震性能的影响。
4. 结构分析。
对加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构中板、柱、防屈曲支撑之间的相互作用进行分析，以期获得更深入的认识。
四、研究方法本研究采用有限元数值模拟方法进行模拟分析。
具体方法如下：1. 建立加设防屈曲支撑的钢筋混凝土板柱结构的三维有限元数值模型。
2. 在数值模型中加入地震动荷载，并进行动态分析，计算结构的动态响应。
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研究与探索Y A N J I U Y U T A N S U O穆 越,等:组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究5工程与建设6 2011年第25卷第4期437收稿日期:2011-05-05作者简介:穆 越(1985-),女,安徽颍上人,合肥工业大学硕士生;叶献国(1954-),男,安徽无为人,墨西哥国立大学博士,合肥工业大学教授.组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究穆 越, 叶献国, 赵 斌(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009)摘 要:防屈曲耗能支撑(BRB)作为一种新型的支撑构件,具有良好的耗能减震作用,目前已经运用到一些实际工程中。
组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑是一种新型的支撑,该支撑的内核单元由钢管混凝土构成。
文章采用Ansys 有限元软件,施加反复荷载,通过非线性屈曲分析模拟支撑的破坏形态和抗震耗能性能,并研究了该支撑内核突出段长度和内、外核之间的间隙对支撑耗能能力的影响。
结果表明,所研究的组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越,解决了全钢型防屈曲支撑在大长度时难以满足稳定性的问题。
关键词:组合钢管混凝土;防屈曲耗能支撑;非线性屈曲分析;滞回性能中图分类号:P315.9;T U352.1 文献标识码:A 文章编号:1673-5781(2011)04-0437-030 引 言防屈曲耗能支撑(BRB)也常被称为无粘结支撑、降伏支撑、屈曲约束支撑、挫屈束制支撑、挫屈防止支撑等[1]。
如图1所示,防屈曲耗能支撑的内核单元,又称主受力单元,通常选用低屈服点钢材制成,是构件的主要受力元件。
常见的截面形式为一字形、十字形、T 形、双T 形和双一形等[2-3],分别适用于不同的强度、刚度和耗能要求。
外围约束单元又称侧向支撑单元,主要负责提供约束作用,以防止核心单元受轴压作用时发生整体或局部屈曲,目前最常见约束形式为圆形或矩形钢管内填混凝土所构成。
滑动机制单元又称脱层单元,是在内核单元与约束单元之间提供滑动的界面,使支撑在受拉与受压时有尽可能相似的力学性能,避免内核单元在受压膨胀后与约束单元间产生摩擦力而导致成轴压力的大量增加,该滑动机制单元一般用一些无粘结材料制作而成。
图1 防屈曲支撑的构成与双钢管防屈曲耗能支撑不同,组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的内核单元由单纯的钢管变成了钢管混凝土[1],外围约束单元是钢管(圆形或方形),如图2所示。
钢管混凝土内核单元中的混凝土处于3向受压应力状态,其抗压强度和变形能力均明显地增强,从而可避免防屈曲耗能支撑由于约束单元砂浆破裂而导致的构件整体破坏。
除此之外,混凝土材料3向受压,呈现塑性性质,具有一定的延性和耗能能力,使屈曲支撑整体的耗能能力更加稳定。
图2 组合钢管混凝土防屈曲支撑的示意图1 有限元模型的建立基于Ansys 建立支撑的有限元模型,模型中采用实体单元模拟内核单元和外围约束单元,以便更加精确地模拟耗能支撑的实际力学性能。
内、外钢管均采用8节点实体单元SOLID45,内钢管型号为Q235钢[4],外钢管为Q345钢;采用SOLID65单元模拟钢管内填充的混凝土,本构模型为双线性随动强化模研究与探索Y A N J I U Y U T A N S U O穆 越,等:组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究4385工程与建设6 2011年第25卷第4期型;选用面-面接触来模拟内核单元与外围约束单元之间的接触问题,采用T arge170单元定义目标面,Co ntal73单元定义接触面[5];支撑两端的连接方式为铰接。
模型尺寸见表1所列,图形如图3所示。
表1 模型尺寸mm编号截面尺寸:直径@厚度内核钢管外核钢管构件长度内核钢管外核钢管内核突出段长度间隙模型1<45@3.5<54@3.518001700501模型2<45@3.5<54@3.5180016001001模型3<45@3.5<54@3.5180015001501模型4<45@3.5<56@3.518001700502模型5<45@3.0<57@3.018001700503图3 有限元分析模型2 防屈曲支撑的非线性屈曲分析(1)内核突出段的长度对支撑受力性能的影响。
合理的内核突出段长度也是防屈曲耗能支撑正常工作的前提条件[6],若内核突出段过大,则在内核屈曲失稳后,内、外钢管会发生接触并相互挤压,此时过大的内核端头处可能会产生/象牙腿0式的应力集中现象,导致内核端部过早地产生局部屈曲破坏,最终内核端部钢管处可能会发生断裂,从而影响了构件的整体承载力和耗能性能。
若内核突出段长度合理,则在内核失稳后,外钢管能够及时提供约束作用,从而避免内核端头过早地局部屈曲破坏,内、外核能协同工作,提供较好的耗能能力。
(2)内、外核之间的间隙。
该间隙是保证防屈曲耗能支撑正常工作的前提条件[7],设置合理的间隙大小才能保证支撑出现合理的高阶模态屈曲。
若间隙过小,由于泊松效应作用(当一个物体受到垂直压缩或拉伸时,会在横向产生扩张或者是收缩的变形,这就是泊松效应),在内核单元纵向应变未达到最大应变前就与外包约束单元产生了接触,可能会使支撑内核出现过大的高阶模态的变形,而未发生全截面的屈服,从而减弱了支撑的耗能能力。
若间隙过大,可能会丧失外围约束单元对内核的有效约束作用,导致内核很难达到全截面屈服,甚至无法达到屈服,从而减弱了支撑的抗疲劳性能。
间隙的确定对应于结构1.5倍的设计最大层间弹塑性位移,支撑内核与外围约束钢管之间应满足的最小间隙值为:D =0.0045h sin H co s H 。
(3)分析结果。
支撑变形如图4所示。
图4 支撑变形图由图4可以看出,模型1当荷载超过极限荷载以后,内核将发生屈曲失稳,内核和外围约束钢管便会发生接触变形。
由于内、外核之间的间隙控制合理并且内核端头突出段长度较短,在内核失稳后,外套管能够提供较好的约束保护作用,使得内核端头并未过早地发生局部屈曲破坏,而构件最终应该以整体失稳破坏,表明该构件设计较合理,抗震耗能性能良好。
模型2外套管端部与内核接触处屈曲变形值也最大,若是继续施加位移荷载,内核的端部有可能发生局部屈曲破坏。
这主要是因为内核端部突出段长度稍长,使得外核对内核的约束保护作用下降。
模型3最大变形值出现在支撑的中间部位,构件最终会发生整体失稳破坏。
这主要是由于内核端头突出段过长,导致内核屈曲失稳后,外套管不能很好地提供围护限制作用,导致构件变形过大,影响了支撑整体的抗震性能。
模型4的最大变形出现在内核中间部位,但变形值不是很大。
没有发生内核端部的局部屈曲破坏,也没有整体失稳破坏,支撑内核也没有发生高阶屈曲现象,表明该支撑设计合理,抗震性能较好。
模型5的内核单元发生了多个半波弯曲的高阶模态屈曲,屈曲变形的幅值为2.319mm,而外包钢管依然保持挺直状态。
多个波段的弯曲使得支撑内核单元的最大轴向应力分布不均匀,都发生在多波屈曲半波的研究与探索Y A N J I U Y U T A N S U O穆 越,等:组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究5工程与建设6 2011年第25卷第4期439波谷处。
出现高阶屈曲的主要原因是:内、外核之间的间隙过大,在内核发生屈曲变形后,外围约束机构无法及时地对内核单元提供限制约束作用,导致内核单元发生了较大的高阶模态屈曲变形,此时内核单元约束屈服段的应力状态未能达到全截面屈服状态,在z 轴方向,内核不能很好地发展其塑性性能,从而影响了其抗震耗能性能。
支撑的滞回曲线,如图5所示。
图5 支撑的滞回曲线由图5可以看出,模型1、2和4的滞回曲线均比较饱满,耗能性能较好。
模型3的滞回曲线发生了明显的跳跃,主要是由于内核端部突出段过长,使得构件很早便发生了整体失稳破坏,支撑的承载力下降了很多,影响了其抗震耗能能力。
根据文献[1]对内核单元杆端约束区扭转失稳的控制方法,宜取内核突出段钢管的长度与厚度的比值l/t [18.4235/f y ,相对于本文研究的支撑,内核突出段长度限制为64mm 。
模型5由于内、外核之间的间隙较大,使得内核发生了高阶屈曲失稳,导致支撑的承载力下降。
根据文献[8-9],如图6所示,定义耗能系数D 的计算公式为D =S ABD +S CDAS O BE +S ODS(1)其中,S ABC 、S CDA 为滞回曲线所包含的上半部和下半部的面积;S OBE 、S O D E 为图6中三角形的面积。
显然,D 值越大表示耗能能力越高。
3个支撑模型的耗能系数,见表2和表3所列。
图6 耗能系数计算图表2 不同内核突出段长度下支撑的耗能系数表内核突出段长度/m m50100150耗能系数D2.992.171.45表3 不同间隙下支撑的耗能系数值内、外核之间的间隙/mm123耗能系数D2.992.952.213 结束语通过Ansys 软件对支撑的模拟,表明选用接触单元Conta 173和T ar ge170来处理内核和外套管之间的接触问题是合理的。
组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的滞回曲线饱满,呈规则的梭形,抗震承载力稳定,耗能性能好。
组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑解决了纯钢型防屈曲耗能支撑在长度较大时稳定性难以满足的问题。
相对于传统的外包钢管混凝土约束的防屈曲支撑[10-11],不需要考虑内核与外包混凝土之间的粘结问题,加工简便,施工速度快。
钢管混凝土核心单元中的混凝土处于3向受力应力状态,抗压强度和塑性变形能力显著增强。
1参考文献2[1] 周 云.防屈曲耗能支撑结构设计与应用[M ].北京:中国建筑工业出版社,2007.[2] 谢 强,赵 亮.屈曲约束支撑的研究进展及其应用[J].钢结构,2006,21(84):46-48.[3] 王华琪,丁洁民.防屈曲支撑的应用与设计[J].结构工程师.2007,23(4):6-11.[4] 陈 骥.钢结构稳定理论与设计(第2版)[M ].北京:科学出版社,2003.[5] 涂振飞.Ansys 有限元分析工程应用实例教程[M ].北京:中国建筑工业出版社,2010.[6] 蔡克铨,翁崇兴.挫屈束制支撑之原理和应用[M ].北京:科学出版社,2005.[7] 蔡克铨,赖俊维.钢骨消能支撑构架之耐震行为[J].清华大学学报(自然科学版),2001,28(2):73-85.[8] 周 云.黏滞阻尼减震结构设计[M ].武汉:武汉理工大学出版社,2006.[9] 邓长根.日本建筑结构耗能减震研究和应用的若干新进展[J].四川建筑科学研究,2003,29(2):84-87.[10] 韩林海.钢管混凝土结构理论与实践(第2版)[M ].北京:科学出版社,2007.[11] GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].。