新型约束屈曲支撑的滞回性能分析.pdf免费

郑廷银，等：新型约束屈曲支撑的滞回性能分析 新型约束屈曲支撑的滞回性能分析 郑廷银1徐士云2杨菊1 (I．南京工业大学土木工程学院江苏南京210009) (2．钟山职业技术学院环境与土木工程系江苏南京210049) 摘要：为克服传统约束屈曲支撑连接段难控制的缺点，本文构建了一种新型屈曲约束支撑，并应用大型 有限元软件ANSYS，考虑材料非线性以及接触影响进行数值分析。通过特征值屈曲分析对新型屈曲约束支 撑的受力机理进行了验证，并分析不同缝隙下构件的滞回性能。分析结果表明：模型受力合理，符合力学原 理；在设置合理的缝隙并使内核受力单元与侧撑单元无摩擦的条件下，新型约束屈曲支撑能产生良好的耗 能效果． 关键字：新型约束屈曲支撑；滞回曲线；耗能性能；内核受力单元；侧撑单元 0引言 新型约束屈曲支撑的设计是体现利用新型约束屈曲支撑在大震时耗能减震的思想。传统的约束 屈曲支撑又称防屈曲支撑、屈曲约束支撑、无粘结支撑，目前在我国台湾、日本、美国都有广泛应用 u副。与抗弯钢框架相比，小震时约束屈曲支撑体系线弹性刚度高，可以很容易地满足规范的变形要 求。同时它也可以在受拉、受压时都发生屈服，消除了传统中心支撑框架的支撑屈曲问题。但是由于 传统的约束屈曲支撑端部多采用十字截面，导致与框架连接时连接节点板容易破坏、支撑易发生局部 屈曲，且屈曲位置随机。针对这种情况，我们构建了一种新型约束屈曲支撑(如图2所示)，使其与框 架的连接简单、易操作。 1 新型约束屈曲支撑的力学原理与构造 新型约束屈曲支撑的轴向拉压力全部由内核受力单元承受，侧撑单元约束了受力单元的横向变 形，同时也防止了受力单元受压时的整体屈曲。 内核单元在受拉时达到屈服：在受压时，细长的内核单元在较低的荷载作用下发生弯曲，弯陆模 态为最低阶模态(即最容易发生的弯曲形式，一般情形下发生绕弱轴的半波弯曲)。然而，内核单元与 侧撑单元间极小的间隙使得内核受力单元最大变形的部位率先与侧撑单元接触，接触反力限制了内 核单元低阶弯曲的变形发展，促使内核单元进一步向更高阶的弯曲模态发展：更高阶的弯曲模态意味 着更多的半波数，使得内核单元与侧撑单元有更多的接触点，其增多的接触点处仍受到侧撑单元的变 形限制。因此，如果侧撑单元具有足够的刚度贡献，则外荷载可以一直增加，直到内核受力单元的应力 达到屈服点。其变形历程一般如图1所示(为表达清楚起见，缝隙作放大处理)。 E．E三三三三三三习．巳 ^Z============二3^ 一E薹三茎三圣}上 上一十t=∑=Z二S=斗—旦_ 图1新型约束屈曲支撑的变形历程 本文由台湾逢甲大学蔡崇兴教授研制的一字形截面约束屈曲支撑与台湾大学蔡克铨教授研制的 双管式约束屈曲支撑得到启发‘311，在此基础上构建了这种新型约束屈曲支撑，如图2所示。 161 钢结构设计和分析 图2新型约束屈曲支撑的构造 内核受力单元采用双T形，可保证支撑很容易的连到节点板上。同时各侧撑单元之间通过简单的 焊接便可连成整体，起到约束横向变形作用。因此与传统约束屈曲支撑相比，预期可节省加工成本、 缩短制造流程与时间。 2有限元模型的建立 2．1本构关系 支撑内核受力单元采用Q235钢材，侧撑单元采用Q345钢材。钢材为理想的弹塑性材料。在分析 过程中，本模型使用了经典双线性随动强化准则BKIN。钢材的弹性模量取E=2．06×105Mpa，泊松比u =o．3，它的双线性本构关系如图3所示。 图3 应力一应变曲线 2．2型钢单元的定义 型钢采用ANSYS软件提供的Solid45三维空间八节点实体单元，该单元可以进行塑性、蠕变、应 力硬化、大变形以及大应