防屈曲支撑内核单元特性分析与设计理论研究-广州大学学报自然.PDF

第１５卷　第３期 广州大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．１５　Ｎｏ．３ 　２０１６年　６月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｎ．　２０１６ 文章编号：１６７１４２２９（２０１６）０３００４８０８ 防屈曲支撑内核单元特性分析与设计理论研究 刘树堂，黄小立 （广州大学 土木工程学院，广东 广州　５１０００６） 摘　要：根据芯材多波屈曲理论并基于边缘屈服准则，考虑芯材初弯曲以及外包钢刚度，通过理论推导出防屈 曲支撑间隙值以及边缘屈服极限应力通用计算公式，分别针对“十字型”和“一字型”芯材截面，针对初弯曲大 小、屈曲半波数、芯材长度、芯材宽度和芯材厚度进行影响性分析．根据边缘屈服极限应力增加值推导出屈曲半 波数估计值并利用约束比概念提出新的外包钢最小约束刚度．结果表明，文章提出的防屈曲支撑设计公式可以 合理解释实验和有限元模拟结果，为防屈曲支撑的设计提供理论依据． 关键词：边缘屈服准则；装配式防屈曲支撑；半波数；刚度 中图分类号：ＴＵ３９３．３　　　文献标志码：Ａ 表明，防屈曲支撑比普通支撑有着耗能性能突出、滞回 ０　引　言 性能优越、能实现全截面的屈服而不发生失稳破坏等优 点，在日本、美国陆续被广泛地应用并在阪神大地震和 　　防屈曲支撑（又称ＢＲＢ、屈曲约束支撑、抑制屈曲支 北岭地震后的历次地震中充分发挥出其抗震的特点．我 撑、不失稳支撑等）是通过钢材的轴向拉压来消耗能量， 国目前在防屈曲支撑的工程应用上还处于发展阶段，在 在受拉和受压均能达到屈服而不发生屈曲失稳的轴向 第一幢采用了１１２根防屈曲支撑作为抗震体系的北京威 ［３］ 受力构件．防屈曲支撑从横向来说由３部分组成，即涂 盛大厦 后，诸如上海世博会展区等越来越多的建筑陆 满无黏结膨胀材料的内核单元（即芯材）、约束单元（即 续应用防屈曲支撑． 外包钢）以及芯材和约束单元之间的滑动机制单元，见 防屈曲支撑在有拉力时和普通支撑工作原理相同， 图１． 在受压时芯材直接承受荷载而发生多波屈曲，通过外包 钢的约束作用使其能充分利用材料全截面屈服而不发 生失稳破坏，从而具有良好的滞回特性和耗能能力．在 大震时，防屈曲支撑充当结构的“保险丝”，通过自身消 能耗散地震能量，先于主体结构进入屈服状态，从而有 效保证主体结构的安全，同时由于自身易于安装、替换 的特性，震后结构的维护修复难度较小． 图１　芯材横向组成 Ｆｉｇ．１　Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｒｅ 图２　芯材在压力下发生多波屈曲 　　从２０世纪７０年代开始，日本学者开展了一系列关 Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅｃｏｒｅｓｍｕｌｔｉｗａｖｅｂｕｃｋｌｉｎｇｕｎｄｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ ［１］ 于防屈曲支撑的研究和实验：ＫＩＭＵＲＡ等 最早在剪力 　　目前对于防屈曲支撑的研究领域包括芯材宽厚比、 墙内加入钢板，实验结果表明间隙值为１５