【《自复位防屈曲支撑工作原理及力学性能分析案例》5800字】

[49-53]，全钢防屈曲支撑的外围约束构件与耗能内芯之间存在摩擦力作用，故在相同侧移时，全钢防屈曲支撑的受压承载力略高于受拉承载力。因此在计算耗能内芯最大轴向承载力时，引入抗压调整系数和应变强化调整系数，定义为(2-28)其中，为受拉极限承载力，为受压极限承载力，为屈服承载力理论值。当钢材为Q235时，取，。由式（2-28）可得：(2-29)(2-30)（a）防屈曲支撑滞回曲线（b）防屈曲支撑骨架曲线图2-11防屈曲支撑的滞回曲线和骨架曲线Fig2-11Hysteresiscurveandskeletoncurveofbucklingrestrainedbrace为简化计算，防屈曲支撑的恢复力模型可近似按骨架曲线（图2-11（b））采用随动强化模型，即双线性弹塑性模型。如图2-12所示，其中为耗能内芯的轴向承载力；为支撑两端的相对位移；为耗能内芯达到屈服时的承载力；为耗能内芯达到屈服时支撑两端的相对位移；和分别为防屈曲支撑的第一刚度及第二刚度；为支撑两端的最大相对位移；为防屈曲支撑屈服后卸载并反向加载到位移为零时的力；为防屈曲支撑的残余变形。图2-12防屈曲支撑恢复力模型Fig2-12Restoringforcemodelofbucklingrestrainedbrace耗能内芯由连接段、过渡段、屈服段组成，其钢材采用双线性弹塑性模型。防屈曲支撑系统刚度为内芯的三部分串联刚度，即(2-31)式中，为耗能内芯连接段刚度；为耗能内芯过渡段刚度；为耗能内芯屈服段刚度。1.3.1.2防屈曲支撑的刚度计算（1）防屈曲支撑未屈服阶段刚度当耗能内芯未进入屈服阶段时(2-32)(2-33)(2-34)(2-35)式中，为耗能内芯连接段弹性刚度；为耗能内芯过渡段弹性刚度；为耗能内芯屈服段弹性刚度；为连接段宽度；为连接段长度；为过渡段宽度；为过渡段长度；为屈服段宽度；为屈服段长度；为耗能内芯厚度。根据耗能内芯的屈服力和弹性刚度可得耗能内芯的屈服位移，即为防屈曲支撑屈服位移为(2-36)（2）防屈曲支撑屈服阶段刚度耗能内芯进入屈服后，内芯过渡段在屈服后的加载中，部分处于弹性阶段，部分进入塑性阶段。设过渡段中弹性与塑性的交界处耗能内芯的宽度为，进而可求得弹性部分长度为，塑性部分长度为。(2-37)(2-38)(2-39)耗能内芯进入塑性阶段后，钢材的弹性模量为。则防屈曲支撑屈服阶段刚度为(2-40)(2-41)(2-42)(2-43)1.4自复位防屈曲支撑（SCBRB）的构造和力学性能1.4.1自复位防屈曲支撑的构造如图2-13所示，碟簧式自复位防屈曲支撑由复位系统、防屈曲支撑和外部连接构件组成。复位系统由焊接有内管挡板的内管、外套管以及预压碟簧系统组成。其中，外套管焊接有挡块，预压碟簧系统由组合碟簧和碟簧挡板组成组成。防屈曲支撑由约束装置及耗能内芯组成。约束装置由外套管的上下管壁和约束槽钢组成。为使复位系统和防屈曲支撑同步运动，内管和内芯的右侧端部与内芯内管连接板焊接，外套管和内芯的左侧端部与内芯外管连接板焊接，支撑两端均固定在外部连接板上，为支撑传递外力。为使支撑能自由伸缩，外套管右侧管壁与内芯内管连接板之间设置有一定间隙，以保证支撑在运动过程中内芯内管连接板不会被外套管阻挡，间隙长度大于支撑得最大位移。图2-13支撑结构图Fig2-13Bracestructure1.4.2自复位防屈曲支撑的工作原理如图2-14所示，支撑受拉时，当所受外力大于组合碟簧预压力时，内管和外套管开始产生相对运动。外套管向左运动，内管带动内管挡板1、2向右运动，内管挡板1向右挤压右侧组合碟簧，同时外套管带动右侧的挡块向左挤压碟簧挡板2，使右侧的组合碟簧受压。由于耗能内芯与内管与外套管通过连接板连接，当内外管相对变形增大，耗能内芯逐渐伸长。卸载时，右侧组合碟簧分别推动内管挡板1和碟簧挡板2，进而碟簧挡板推动右侧挡块使得外管向右运动、内管向左运动完成自复位。卸载自复位过程中耗能内芯分为两阶段，第一阶段，耗能内芯受拉卸载，伸长量逐渐缩小至零；第二阶段，耗能内芯开始反向受压。图2-14支撑受拉状态Fig2-14Tensionstateofbrace如图2-15所示，支撑受压时，当所受外力大于组合碟簧预压力时，内管和外套管开始产生相对运动。外套管向右运动，内管带动内管挡板1、3向左运动，内管挡板1向左挤压左侧组合碟簧，同时外套管带动左侧的挡块向右挤压碟簧挡板1，使左侧的组合碟簧受压。由于耗能内芯与内管与外套管通过连接板连接，当内外管相对变形增大，耗能内芯逐渐压缩，外套管上下管壁及约束槽钢约束耗能内芯发生整体或局部屈曲。卸载时，左侧组合碟簧分别推动内管挡板1和碟簧挡板1，进而碟簧挡板推动左侧挡块使得外管向左运动、内管向右运动完成自复位。卸载自复位过程中耗能内芯分为两阶段，第一阶段，耗能内芯受压卸载，伸长量逐渐缩小至零；第二阶段，耗能内芯开始反向受拉。图2-15支撑受压状态Fig2-15Compressionstateofbrace1.4.3自复位防屈曲支撑的力学性能自复位防屈曲支撑由复位系统和防屈曲支撑两部分并联组成，其所受荷载由复位系统和防屈曲支撑共同承担，故自复位防屈曲支撑的滞回曲线由二者的恢复力模型叠加组成。如图2-16所示，图中为自复位防屈曲约束支撑轴向承载力，为支撑轴向位移，为自复位防屈曲支撑的卸载残余变形。从图中可知自复位防屈曲约束支撑的残余变形明显小于防屈曲支撑的残余变形，实现了支撑的自复位功能。图2-16自复位屈曲约束支撑恢复力模型Fig2-16Restoringforcemodelofself-centeringbuckling-restrainedbrace1.5自复位防屈曲支撑的性能指标1.5.1复位能力残余变形是评价自复位防屈曲支撑性能的要指标，若，则，当支撑卸载后反向加载至位移为零时的承载力小于复位系统初始预压力，自复位防屈曲支撑的残余变形可忽略不计。对于耗能内芯截面确定的防屈曲支撑，可通过控制复位系统中组合碟簧施加的初始预压力来控制支撑的残余变形。为实现良好的自复位功能，初始预压力需控制在合理范围内，使支撑既能满足变形要求，同时构造形式合理。1.5.2耗能能力支撑的耗能能力是指在往复荷载作用下构件的耗能能力，用能量耗散系数来衡量，能量耗能系数定义为本圈加载滞回环的面积与最大位移处所具有的势能和的比值，计算公式如下：(2-44)滞回环所围成的面积越大，说明支撑的耗能能力越好，反之，滞回环所围成的面积越小，则耗能能力越差。当对构件施加的荷载不断加大时，支撑的强度及刚度会发生变化，影