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双套管防屈曲支撑抗震性能的多维度剖析与工程应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

地震作为一种极具破坏力的自然灾害，往往会给人类社会带来巨大的损失。在过去的几十年里，全球范围内发生了多起强烈地震，如1995年的日本阪神地震、2008年的中国汶川地震以及2011年的日本东日本大地震等。这些地震不仅造成了大量的人员伤亡，还导致了众多建筑物的严重破坏，使无数家庭失去了家园，大量的基础设施遭到损毁，给社会经济发展带来了沉重的打击。据统计，在强烈地震中，许多传统建筑结构由于无法有效抵抗地震力的作用，出现了严重的破坏甚至倒塌。传统支撑作为建筑结构中抵抗侧向力的重要构件，在地震中起着关键作用，然而其存在明显的缺陷。在地震作用下，传统支撑尤其是轴心受压支撑，极易发生屈曲现象。一旦屈曲，支撑的承载能力会急剧下降，无法有效地为结构提供侧向刚度和承载能力，从而导致整个结构的抗侧力体系失效。这种失效不仅会使建筑物在地震中产生过大的变形，还可能引发结构的倒塌，严重威胁人们的生命安全和财产安全。为了解决传统支撑在地震中的这些问题，双套管防屈曲支撑应运而生。双套管防屈曲支撑通过独特的构造设计，能够有效地约束内核的屈曲变形，使其在受拉和受压时都能充分发挥材料的力学性能，展现出良好的滞回性能和耗能能力。在地震发生时，双套管防屈曲支撑可以先于主体结构进入屈服状态，通过自身的塑性变形来耗散大量的地震能量，从而有效地保护主体结构，大大提高建筑结构的抗震性能。研究双套管防屈曲支撑的抗震性能具有重要的现实意义。对于新建建筑而言，采用双套管防屈曲支撑能够显著提高建筑结构的抗震能力，使其在地震中更加安全可靠，减少地震对建筑物的破坏，降低人员伤亡和财产损失的风险。在既有建筑的抗震加固领域，双套管防屈曲支撑也具有广阔的应用前景。通过在既有建筑中增设双套管防屈曲支撑，可以有效地提高结构的抗震性能，使其满足现行抗震规范的要求，延长建筑物的使用寿命。因此，深入研究双套管防屈曲支撑的抗震性能，对于提升建筑结构的抗震水平、保障人民生命财产安全具有十分重要的意义。

1.2国内外研究现状

国外对于双套管防屈曲支撑的研究起步较早。早在20世纪70年代，日本学者就开始对防屈曲支撑进行研究，并研发出了最早的墙板式防屈曲耗能支撑。此后，美国、日本等国家的学者对防屈曲支撑展开了广泛而深入的研究，包括理论分析、试验研究以及数值模拟等方面。在理论研究上，国外学者建立了多种力学模型来描述双套管防屈曲支撑的工作机理和力学性能，如基于能量原理的模型、有限元模型等。在试验研究方面，进行了大量的低周反复加载试验，研究了不同参数（如约束比、间隙、内核突出段长度等）对支撑抗震性能的影响。同时，国外在双套管防屈曲支撑的工程应用方面也积累了丰富的经验，许多高层建筑和桥梁等结构中都采用了防屈曲支撑。国内对双套管防屈曲支撑的研究相对较晚，但近年来发展迅速。国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内的工程实际情况，对双套管防屈曲支撑进行了大量的研究。在理论研究方面，对双套管防屈曲支撑的受力性能、设计方法等进行了深入探讨，提出了一些适合我国国情的设计理论和方法。在试验研究方面，开展了一系列的试验，研究了支撑的滞回性能、耗能能力等。在工程应用方面，国内也有越来越多的建筑结构开始采用双套管防屈曲支撑，如一些大型商业建筑、高层建筑等。然而，目前国内外的研究仍存在一些不足之处。部分研究在考虑实际工程因素时不够全面，如在研究中未充分考虑施工误差、材料非线性以及结构的动力特性等因素对双套管防屈曲支撑抗震性能的影响。在双套管防屈曲支撑与主体结构的协同工作性能方面，研究还不够深入，对于如何更好地实现支撑与主体结构的连接，使两者能够协同有效地抵抗地震作用，还需要进一步的研究。此外，在双套管防屈曲支撑的耐久性和维护方面，相关的研究也相对较少，这对于支撑在实际工程中的长期应用具有一定的影响。

1.3研究内容与方法

本研究旨在深入探究双套管防屈曲支撑的抗震性能，具体研究内容如下：一是双套管防屈曲支撑的工作原理。详细剖析双套管防屈曲支撑的构造组成，深入研究其在轴向力作用下的受力机理，明确内核与套筒之间的相互作用关系，揭示支撑能够有效防止屈曲并耗能的工作原理。二是抗震性能影响因素分析。全面分析约束比、间隙、内核突出段长度以及材料特性等因素对双套管防屈曲支撑抗震性能的影响规律，通过理论推导和数据分析，确定各因素对支撑滞回性能、耗能能力、刚度退化等方面的具体影响程度。三是试验研究与模拟分析。开展双套管防屈曲支撑的低周反复加载试验，获取试验数据，分析支撑在不同加载工况下的力学性能和破坏模式。同时，利用有限元软件建立双套管防屈曲支撑的数值模型，通过模拟分析与试验结果进行对比验证，进一步深入研究支撑