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硕士学位论文
采用碳纤维与玄武岩纤维包裹装配式防屈曲支撑性能研究
RESEARCH ON ASSEMBLED BUCKLING-RESTRAINED BRACES WRAPPED WITH CARBON FIBER AND BASALT FIBER
陆斌斌
哈尔滨工业大学
2013年6月
中国图书分类号：TU375.4学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开
工学硕士学位论文
采用碳纤维与玄武岩纤维包裹装配式
防屈曲支撑性能研究
硕士研究生：陆斌斌
导师：贾明明讲师
副导师：吕大刚教授
申请学位：工学硕士
学科：岩土工程
所在单位：土木工程学院
答辩日期：2013年6月
授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index：TU375.4
U.D.C.：624
Thesis for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON ASSEMBLED BUCKLING-
RESTRAINED BRACES WRAPPED WITH
CARBON FIBER AND BASALT FIBER
Candidate：Lu Binbin
Supervisor：Lecturer Jia Mingming Associate Supervisor：Prof. Lu Dagang
Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Geotechnical Engineering Affiliation：School of Civil Engineering Date of Defence：June, 2013
Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
防屈曲支撑以其良好的稳定性能和滞回耗能能力越来越多地为工程界所接受，并且构造更为合理、性能更为优良的构件不断地提出。

本文采用碳纤维与玄武岩纤维作为包裹约束材料研发了新型装配式防屈曲支撑，并通过试验与有限元分析对其性能进行了研究。

首先，采用碳纤维与玄武岩纤维作为包裹约束材料的新型防屈曲支撑一方面在震后的易于修复，可通过剖开纤维材料分离外包约束构件来替换受损的内芯；另一方面纤维布作为外包材料也解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题。

本文对新型防屈曲支撑从稳定性及强度两方面进行设计及验算，包括整体稳定性验算、局部稳定性验算、整体屈曲强度验算、局部屈曲强度验算等。

通过验算发现本文设计的防屈曲支撑满足稳定性与强度要求。

其次，基于有限元分析软件ABAQUS采用实体单元建立了防屈曲支撑的有限元模型，对利用已有的试验结果对有限元模型进行验证。

对影响防屈曲支撑性能的参数进行分析，其中包括：内核单元的初始缺陷、内核单元与约束单元之间的摩擦系数、内核单元与约束单元的间隙、内核单元宽厚比、纤维包裹材料的弹性模量等。

通过参数分析发现：试件的性能受初始缺陷的影响较小；摩擦系数主要影响防屈曲支撑拉压承载力的差值，是造成构件承载力不平衡的主要原因；约束比是影响防屈曲支撑整体稳定性能的关键因素，而内核单元与约束单元的间隙是是内核单元发生多波屈曲的主要原因，二者都会直接影响到防屈曲支撑滞回曲线的饱满程度；宽厚比是影响防屈曲支撑承载力及屈曲模态的重要参数，较小的宽厚将使得防屈曲支撑发生双轴方向失稳；外包纤维材料的弹性模量是影响防屈曲支撑性能的重要参数，较小的弹性模量将导致间隙值的局部增加，使得滞回曲线不够饱满。

对于本文研究的新型防屈曲支撑，当构件约束比较大时，其滞回性能较好，并且当内核单元与约束单元的间隙为0.5mm时，构件曲线最为饱满。

最后，通过8个新型防屈曲支撑试件往返荷载作用下的拟静力试验，研究了防屈曲支撑在不同加载方式下、采用不同包裹材料以及长细比不同时的性能。

试验结果表明，采用不同包裹材料的试件，由于内核单元多波屈曲的形成，导致约束单元中的包裹材料发生变形，内核单元与约束单元之间的间隙加大，最终使得防屈曲支撑在受压时，其滞回曲线表现为力的“跳动”。

在采用幅值不断增大的循环荷载附加疲劳加载的加载方案下，试件在最终破坏发生在内核单元屈服段的中间部位；在采用幅值不断增大的循环荷载并且不限制最大幅值的加载方案下，试件的最终破坏位置发生在屈服段与非屈服段的连接处。

对采用碳纤维与玄武岩纤维包裹的装配式防屈曲支撑基于ABAQUS进行有限元分析，有限元分析结果与
摘要
试验结果吻合良好。

有限元分析中构件的应力云图反映了构件的应力状态，并据此可判断构件的破坏位置，与试验中构件的破坏位置一致；有限元分析与试验研究得到的防屈曲支撑的滞回曲线与骨架曲线基本重合。

两种碳纤维布具有很好的约束效果，可以有效的抵抗来自内核单元施加的侧向推力。

两种碳纤维布可以很好地起到连接约束装配式防屈曲支撑两部分外包约束单元的作用。

试验结果也表明增强纤维材料的约束效果，采用更为严密的包裹方式并适当增加纤维材料的包裹层数，会起到提高装配式构件整体性的作用，从而进一步改善防屈曲支撑的性能。

关键词：防屈曲支撑；碳纤维；玄武岩纤维；滞回性能；多波屈曲
Abstract
Abstract
Buckling-restrained brace (BRB) is a hysteretic energy dissipation device, which have been applied in more engineering structures. New BRBs with reasonable configu-ration and superior performance have been put forward. In this paper, we developed a new type of assembled buckling- restrained brace which wrapped by carbon fiber or ba-salt fiber, its properties have been researched by experiment and finite element analysis.
Firstly, carbon fiber and basalt fiber were used as a new type of wrapping con-straint material, we can replace the damaged inner core element by cutting the fiber ma-terial to make the outer restrained components separated, so it is easy that inner core of assembled BRB can be replaced after earthquake. Assembled BRB wrapped with fiber constraint material is also a solution of poor corrosion resistance of outer steel tube. In this paper, the stability and strength of the assembled BRB were checked, including the overall stability, local stability, overall buckling strength, checking local buckling strength and so on. By checking, we find the designed buckling-restrained brace of this paper meet the stability and strength requirements.
Secondly, based on the finite element analysis software ABAQUS, finite element model of BRB was built with solid elements, and the finite element model was cali-brated with the existing experimental results. The parameters affecting the performance of BRB were analyzed, including initial imperfection, coefficient of friction between the outer restrained element and inner core element, the gap between inner core element and outer restrained element, the constraint ratio of BRB, the width thickness ratio of inner core element, the elastic modulus of the fiber material. According to parameters analysis, we found that: the performance of BRB specimens were not affected obviously by the initial imperfections of inner core. Friction coefficient is a major influence factor of the difference between tension and compression bearing capacity of BRB, it is the main cause of the imbalance of the bearing capacity. Constraint ratio is a key factor for the overall stability, and the gap between inner core element and outer restraint element is the main cause to multi-wave buckling, both of which can directly affect the property of hysteretic curve. Width thickness ratio has an effect on buckling mode, the smaller thickness ratio will allow the occurrence of biaxial buckling instability. Elastic modulus of the fiber material is an important parameter that affects the performance of BRB, the smaller elastic modulus will increase the gap between inner core element and outer re-strained element, which deteriorate the hysteresis behavior of BRB. For this paper, a new type of assembled BRB with large constraints ratio, its hysteretic performance is good, and the 0.5mm gap between inner core element and outer constraint element is a appropriate value.
Finally, eight assembled BRB specimens were tested by quasi-static test, and dif-
Abstract
ferent loading methods, different wrapping constraint materials and different slender-ness ratio of BRB were consider in this paper. The results show that multi-wave buck-ling occurred on inner core, which resulted in the deformation of wrapping constraint material and increase the gap between the inner core element and outer restraint element. As a result, the hysteresis curves of BRB “jump" in the compression stage. When load-ing program was adopted as the increasing amplitude cyclic loading with the addition of fatigue loading program, BRB specimens fractured in the middle of the inner core ele-ment; when the loading program was adopted as increasing amplitude cyclic loading without the maximum amplitude limit, the final rupture of the BRB specimen occurred in the junction of yielding segment and non-yielding segment Assembled buckling-restrained braces wrapped with carbon fiber and basalt fiber were analyzed in finite element software ABAQUS, the results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results. Based on finite element analysis, stress distribution on component reflects the member stress state, and accordingly the crack positions of inner cores can determined, which are essentially coincident with test. The hysteresis curves and skeleton curves of finite element analysis and experimental research coincide very well.
The constraint effect of two fiber cloth is good, which can be used to resist the lat-eral thrust exerted by inner core. Two parts of constraint segments of assembled BRB can be connected and restrained with fiber cloth. Experimental results also show if the constraint effects of fiber material are enhanced, such as adopting closer wrapping me-thod and increasing the layers of fiber cloth, the performance of the buckling-restrained brace will be improved.
Keywords: buckling restrained brace; carbon fiber; basalt fiber; hysteretic behavior; multi-wave buckling
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目录
摘要 (I)
Abstract ............................................................................................................................ I II 目录 (V)
第1章绪论 (1)
1.1 课题来源、背景及研究意义 (1)
1.1.1 课题来源 (1)
1.1.2 课题背景 (1)
1.1.3 研究意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.2.1 防屈曲支撑研究起源 (2)
1.2.2 传统防屈曲支撑 (2)
1.2.3 钢与混凝土约束装配式防屈曲支撑 (5)
1.2.4 钢材约束装配式防屈曲支撑 (7)
1.2.5 新型材料约束或内核单元装配式防屈曲支撑 (9)
1.2.6 防屈曲支撑研究现状总结 (11)
1.3 防屈曲支撑的工程应用 (12)
1.4 本文研究内容 (12)
第2章新型装配式防屈曲支撑的设计与制作 (14)
2.1 引言 (14)
2.2 防屈曲支撑简介及原理 (14)
2.3 新型装配式防屈曲支撑的设计 (15)
2.3.1 内核单元屈服强度及极限强度 (15)
2.3.2 等效弹性刚度 (15)
2.3.3 约束单元的截面惯性矩 (16)
2.3.4 局部稳定验算 (17)
2.3.5 整体屈曲强度 (18)
2.3.6 局部屈曲强度 (19)
2.4 材料性质 (21)
2.4.1 钢材材性 (21)
2.4.2 混凝土材性 (22)
2.4.3 纤维布材性 (23)
2.5 新型装配式防屈曲支撑试件设计 (23)
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2.5.1 试件命名规则及编号 (23)
2.5.2 试件的设计 (24)
2.6 评价试件耗能性能的主要指标 (27)
2.6.1 累积塑性变形 (27)
2.6.2 割线刚度 (28)
2.6.3 耗能性能 (28)
2.7 新型装配式防屈曲支撑试件的加工 (29)
2.8 本章小结 (33)
第3章防屈曲支撑有限元建模分析 (34)
3.1 引言 (34)
3.2 有限元模型的建立与验证 (34)
3.2.1 混凝土与钢材本构模型的选取 (34)
3.2.2 构件间相互作用的选取 (34)
3.2.3 网格划分与单元类型的选取 (35)
3.2.4 试件BRB-80模拟结果 (35)
3.2.5 试件BRB-100模拟结果 (37)
3.3 影响防屈曲支撑性能的参数分析 (38)
3.3.1 初始缺陷对构件的影响 (38)
3.3.2 摩擦系数对构件的影响 (43)
3.3.3 间隙对构件的影响 (48)
3.3.4 约束比对支撑性能的影响 (54)
3.3.5 宽厚比对支撑性能的影响 (58)
3.3.6 包裹材料的弹性模量对支撑性能的影响 (62)
3.4 内核的变形及影响因素分析 (67)
3.4.1 摩擦力对内核变形的影响 (68)
3.4.2 间隙对内核变形的影响 (68)
3.4.3 初始缺陷对内核变形的影响 (69)
3.4.4 约束比对内核变形的影响 (69)
3.4.5 宽厚比对内核变形的影响 (70)
3.4.6 包裹材料的弹性模量对内核变形的影响 (70)
3.5 某足尺防屈曲支撑有限元分析 (71)
3.5.1 工程概况 (71)
3.5.2 材料特性 (72)
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3.5.3 加载方案 (72)
3.5.4 模拟结果 (72)
3.6 本章小结 (73)
第4章新型装配式防屈曲支撑的试验研究 (75)
4.1 引言 (75)
4.2 试验方案 (75)
4.2.1 试验的加载装置 (75)
4.2.2 加载制度 (75)
4.3 试验现象与结果分析 (76)
4.3.1 试件破坏形式分析 (76)
4.3.2 试件应变分析 (84)
4.3.3 试件承载力分析 (86)
4.3.4 试件延性分析 (88)
4.3.5 滞回性能分析 (89)
4.3.6 试件低周疲劳性能分析 (91)
4.3.7 试件耗能性能分析 (95)
4.4 有限元结果与试验结果对比 (98)
4.5 本章小结 (107)
结论与展望 (108)
参考文献 (110)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (113)
致谢 (114)
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第1章绪论
1.1课题来源、背景及研究意义
1.1.1课题来源
本课题受到以下项目的支持：
(1) 国家自然科学基金青年基金项目“新型防屈曲支撑钢框架结构抗地震倒塌分析与设计”（项目批准号：51008090）。

(2) 教育部博士点基金新教师类课题“新型防屈曲支撑提高钢管混凝土组合框架结构抗地震倒塌能力的研究”（20102302120077）。

(3) 国家自然科学基金面上项目“罕遇地震作用下钢筋混凝土框架结构的鲁棒性分析与抗倒塌设计方法”（项目批准号：50978080）。

(4) 北京市重点实验室课题“新型防屈曲支撑提高钢框架结构抗地震倒塌能力的研究”。

(5) 博士后研究人员落户黑龙江科研启动资助金“钢管混凝土组合框架结构采用新型防屈曲支撑提高抗地震倒塌能力的研究”（LBH-Q11123）。

(6) 哈工大科研创新基金“新型防屈曲支撑钢框架结构及其抗震性能设计方法”(HIT. NSRIF. 2009)。

1.1.2课题背景
我国是地震较为频繁的地区之一，其抗震理念早已成为结构设计中需要考虑的重要内容之一。

如何有效的减少地震对结构的影响，已经成为当前结构抗震研究的重要课题。

防屈曲支撑作为耗能构件与抗侧力构件，能够有效的降低地震对主体结构的影响。

近年来，许多研究成果已经验证防屈曲支撑拥有较为良好的耗能性能，也被广泛地应用于建筑结构设计中。

现有的防屈曲支撑在制作方式上通过内核单元插入约束单元中整体制作，由此带来内核单元的定位较为不准确，使得产品质量不易控制；同时，在震后不利于对防屈曲支撑的检测。

因此组装式防屈曲支撑应运而生。

1.1.3研究意义
（1）采用防屈曲支撑的结构体系能较为明显地提高建筑结构的抗震能力。

防屈曲支撑作为抗侧力构件与耗能构件，能够作为一种保护构件，使得结构在经历地震作用时，防屈曲支撑先于主体结构破坏，起到减少地震作用对主体结
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构的破坏；同时，防屈曲支撑在平时未遇地震的情况下，大大增加了结构的抗侧刚度，减小了结构在风载等情况下结构的变形。

（2）采用新型组装式防屈曲支撑可以较为经济、有效地抵抗地震作用。

传统的防屈曲支撑采用整体式，其带来的主要问题是施工质量的控制及震后对防屈曲支撑的修复。

若采用整体式防屈曲支撑，其震后很难将破坏的支撑进行修复，造成环境的破坏与资源的浪费。

当采用组装式防屈曲支撑，可以有效地对震后的防屈曲支撑内核单元进行更换与修复，既经济又方便。

1.2 国内外研究现状
1.2.1 防屈曲支撑研究起源
日本学者对防屈曲支撑开展了较早的研究。

Wakabayashi 等[1]在1973年，制作了5个试件，在混凝土板中埋入一字板，所有试件的内核单元的尺寸及材料性能均相同，约束单元采用不同的截面特性。

试验结果表明：该防屈曲支撑具有较好的抗震性能，同时外包混凝土约束强度对支撑的耗能性能产生了重要的影响，即约束单元的弹性屈曲强度大于内核的屈服强度时，支撑不会发生整体失稳，滞回性能较稳定。

Wakabayashi 同时提出了防屈曲支撑这一概念，开创了各国学者在该领域的不断研究。

22e y EI P P l π=≥ （1-1）
式中：
P e ——约束单元弹性屈曲强度；
E ——弹性模量；
I ——约束单元惯性矩；
l ——防屈曲支撑有效约束长度；
P y ——支撑内核屈服强度；
1.2.2 传统防屈曲支撑
传统防屈曲支撑采用整体式，即内核单元与约束单元整体浇筑而成。

整体式防屈曲支撑主要采用钢管混凝土式。

Wakabayashi 的研究掀起了对防屈曲支撑研究的热潮，1976年Kimura [2]等人提出通过防止内核单元的屈曲来达到耗能的目的，他们将普通支撑外包混凝土，得到了较为稳定的滞回曲线。

但是反复荷载作用下，混凝土的破坏使得内核单元发生局部屈曲，进而降低了防屈曲支撑的耗能效果。

同时在Kimura 的研究中，并没
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有对内核单元与约束单元之间进行无粘结处理。

Mochizuki等意识到，内核单元与约束单元之间的摩擦是影响防屈曲支撑性能的重要参数，为此Mochizuki[3]及其研究者们在1980年发表的论文中提出，将内核单元与外包混凝土之间通过无粘结处理，即涂抹无粘结漆，来减少内核单元与约束单元之间的摩擦。

试验得到的滞回曲线稳定且饱满，如图1-1所示，且受压与受拉承载力几乎接近，消除了摩擦力的影响，提高了支撑的性能，但是在反复荷载下，混凝土破碎，约束单元受到破坏，约束作用消失。

（a）结构示意图（b）滞回曲线
图1-1混凝土板约束放屈曲支撑
贾明明等人[4]通过滞回性能、延性、承载力等对防屈曲支撑进行了性能研究。

试验表明试件的累积延性超过700、耗能效果较好。

有限元分析结果与试验结果吻合较好。

为了能够好的研究防屈曲支撑的耗能原理及提出一个制作简单又经济的防屈曲支撑，Palazzo等人[5]对其进行了设计与研究，其构造形式如图1-2所示。

该防屈曲支撑采用钢材作为内核单元，在套筒中浇灌混凝土。

结果表明，该支撑的耗能效果较为令人满意。

图1-2 防屈曲支撑构造形式
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（a）一字型界面内核构件平面正视（b）一字形截面内核构件平面侧视
（c）十字形截面内核构件试件平面（d）截面
图1-3 试件内核单元构造
Fujimoto在Wakabayashi及Kimura的试验中总结出在反复荷载作用下，外包混凝土先于内核的破坏，而丧失约束作用。

Fujimoto采用了改进的方法，即将钢管内填混凝土作为约束单元。

于1988年，Fujimoto等人[6]对内核单元与内填混凝土的钢管式防屈曲支撑进行了理论和试验研究，试验结果表明，防屈曲支撑的滞回曲线饱满，并且未发生混凝土的破坏，同时得到其刚度及强度设计准则。

1988年，Watanabe等人[7]根据以往研究成果，提出了约束单元所需要的弹性屈曲强度与内核单元屈服强度之间的关系，其结论是约束单元的弹性屈曲强度必须大于内核单元的屈服强度的1.5倍。

1994年北岭地震之后，防屈曲支撑及其结构体系的研究开始在美国开展并且得到重视。

Clark等人[8]在加州大学伯克利分校进行了足尺试验，试验采用一字形与十字形内核，约束单元采用钢管混凝土。

他们进行了三种方案的加载，分别为常规的SAC循环加载、模拟地震位移的试验机低周反复疲劳荷载试验。

试件在反复荷载作用下具有良好的耗能效果，如图1-4所示。

（a）试验图（b）防屈曲支撑滞回曲线
图1-4 美国首次防屈曲支撑试验及结果
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2000年，Nakamura等人[11]对内核单元采用“一”字形和“十”字型截面的防屈曲支撑进行了试验研究，提出了考虑应变集中的防屈曲支撑疲劳寿命的计算公式。

试验结果表明，“一”字形内核防屈曲支撑比“十”字形内核的低周疲劳性能好，内核为“十”字形时容易发生扭转屈曲破坏。

为了研究防屈曲支撑端部转动对支撑性能的影响，Merritt等人[12]进行了6根防屈曲支撑子系统试验，如图1-5。

试验采用A36钢制作的一字形和十字形内核，外包钢管混凝土，加载方案为先进行标准加载然后再此基础上进行大幅值疲劳试验。

试件的破坏均是由于疲劳荷载拉断，支撑在断裂前表现得滞回性能较好。

（a）试件图（b）端部构造
图1-5 子系统试验
2005年，蔡克铨等人[13]总结以往防屈曲支撑的制作特点及其性能，提出一种新型防屈曲支撑，该防屈曲支撑采用两根套管。

该防屈曲支撑能够表现良好的滞回性能。

同时，蔡等人还研究了无粘结材料对防屈曲支撑性能的影响。

刘建斌等人[16]分析了影响防屈曲支撑承载力的各种参数，并且给出合理的设计参数参考值；李妍等人[17]利用子结构试验，对防屈曲支撑进行了研究；陈正诚等人[18]对不同约束单元的防屈曲支撑进行研究，研究结果表明，采用组合式防屈曲支撑，其耗能效果较好。

1.2.3钢与混凝土约束装配式防屈曲支撑
图1-6混凝土与钢材组装式防屈曲支撑构造图
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2006年，Iwata等人[19]采用钢材与混凝土组装式防屈曲支撑，并对其进行了试验研究。

试验中采用不同约束比及不同宽厚比，来研究其耗能性能与延性，并且给出其设计方法。

试验研究结果表明，试件具有良好的滞回性能。

试件的构造图如图1-6所示。

2009年，Ali Gheidi等人[20]研究了填充材料对防屈曲整体及局部稳定性的影响。

试验结果表明，30MPa或者25MPa的混凝土可以有效的防止防屈曲支撑发生整体及局部稳定性，试验中内核单元发生明显的多波屈曲，如图1-7所示。

图1-7内核单元的多波屈曲
防屈曲支撑的约束单元是防屈曲内核单元发生整体失稳的重要部件，若约束单元的截面较内核单元截面小时，防屈曲支撑将发生整体失稳，2010年Takeuchi 等人[21]通过滞回试验及数值模拟，改变约束单元的刚度来研究防屈曲支撑的强度及延性。

试验结果表明，当单调加载时，在轴向应变达到5%时，约束单元较厚时未发生局部失稳。

试件的截面形式如图1-8所示。

图1-8 截面形式
2010年，Chou等人[22]通过试验与有限元分析，提出了组合式防屈曲支撑，其构造如图1-9所示，采用钢板作为内核单元，钢板与螺栓作为约束单元的重要组成部分。

因Chou等人研究的防屈曲支撑采用组装式，所以在震后可以对其防屈曲支撑进行修复。

试验结果表明，其设计的防屈曲支撑能够承受的最大轴向应变为2.6%，最大轴向力达到1951kN，具有良好的耗能性能与韧性。

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图1-9 支撑的构造详图
2012年，Takeuchi等人[23]考虑了内核单元局部屈曲对防屈曲支撑性能的影响，并且提出一种可以来防止局部屈曲的设计建议，试件的截面如图1-10所示。

其主要考虑了在钢管中浇筑混凝土，考虑了混凝土的截面贡献。

图1-10 试件截面形式
1.2.4钢材约束装配式防屈曲支撑
（a）单核截面
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（b）双核截面
图1-11 型钢组合防屈曲支撑
2009年，郭彦林等[24]设计出型钢组合装配式防屈曲支撑，截面形式如图1-11所示。

文中给出了防屈曲支撑的设计要点，并且讨论了约束比变化、螺栓强度及间隙对防屈曲支撑性能的影响。

2008年，高向宇等人[26]提出由热轧角钢制作而成的防屈曲支撑，其构造形式如图1-12所示，并且对其进行了试验研究，试验中共研究4个试件，其中有三种截面形式。

试验中研究了其滞回性能、刚度退化性能及等效粘滞阻尼系数等。

试验结果表明，该防屈曲支撑具有良好的耗能性能。

图1-12 试验构造形式
2009年Eryasar等人[27]对采用全钢式防屈曲支撑进行了滞回性能研究。

探讨了螺栓个数、长细比、宽厚比及几何缺陷等对防屈曲支撑的影响。

试验结果表明，试件的最大轴向应变达到2%以上，试件的滞回性能较好，并且累计塑性变形达到了屈服位移的200倍以上。

在试验中内核单元产生了较为明显的多波屈曲，如图1-13所示。

（a）强轴方向（b）弱轴方向
图1-13 多波屈曲的形成
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文章提出的全钢防屈曲支撑提出的防屈曲支撑有限元模型
图1-14 全钢屈曲支撑图
Hoveidae等人[28]在2012年，通过有限元分析研究了全钢防屈曲支撑，其构造形式如图1-14所示。

通过改变影响防屈曲支撑的不同参数，对其性能进行了分析。

分析结果表明，抗弯刚度可以显著地影响防屈曲支撑的整体稳定性。

同时也提出了设计中的最小约束比值。

1.2.5新型材料约束或内核单元装配式防屈曲支撑
2008年Perter Dusicka等人[29]将FPR管作为约束单元，钢材作为内核单元，两者之间通过CFRP布进行包裹，组装成防屈曲支撑，如图1-15（b）所示。

该支撑解决了防屈曲支撑在安装时其自重对安装的影响，但是试件表现了较差的滞回性能，如图1-15（a）所示。

此种采用新型材料作为约束单元的思想迅速蔓延至防屈曲支撑研究领域。

（a）支撑滞回曲线（b）构造图
图1-15 采用CFRP作为约束单元的防屈曲支撑
Wang Chun-Lin等人[30]通过试验与数值模拟，研究了一种高性能的防屈曲支撑，如图1-16所示，并且讨论了在该防屈曲支撑中放置闭锁装置是否影响其性能。

试验结果表明，在装有闭锁装置的防屈曲支撑较没有装闭锁装置的防屈曲支撑具有良好的滞回性能。

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图1-16 有闭锁装置的防屈曲支撑与没有闭锁装置的防屈曲支撑的性能对比为改善防屈曲支撑的抗腐蚀性能以及今年来铝合金材料的广泛应用，Wang等人[31]提出了铝合金防屈曲支撑，如图1-17所示，该防屈曲支撑利用了铝合金易于变形及耐久性等影响。

通过试验研究了其低周疲劳性能及塑性损伤发展。

文献给出了基于应变的损伤评估公式。

（a）端头采用焊接式构造
（b）端头采用螺栓连接式构造
图1-17 铝合金防屈曲支撑构造图
2012年，Dusicka等人[32]为了解决防屈曲支撑自重较大的问题，研制了一种新型防屈曲支撑，如图1-18所示，该种防屈曲支撑采用超轻型材料。

将铝作为防屈曲支撑的内核，并且包裹玻璃纤维聚合物来作为防屈曲支撑的约束单元。

通过改变约束刚度、端部弯矩及内核截面对防屈曲支撑进行有限元分析。

分析结果表明。