二階段屈服方形截面防屈曲支撐設(shè)計(jì)方法及受力性能

李亮，彭先飛，周天華，惠寬堂，劉曉倩

?

二階段屈服方形截面防屈曲支撐設(shè)計(jì)方法及受力性能

李亮1，彭先飛2，周天華1，惠寬堂2，劉曉倩1

(1. 長(zhǎng)安大學(xué) 建筑工程學(xué)院，陜西 西安，710055；2. 西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安，710061)

提出一種二階段屈服防屈曲支撐，其屈服位移較小，可在主體結(jié)構(gòu)破壞前率先屈服并耗散地震能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。首先，建立該新型支撐的力學(xué)模型，并推導(dǎo)屈服承載力、屈服位移和軸向剛度計(jì)算公式，提出該支撐的各種破壞模式及設(shè)計(jì)流程。對(duì)2組共6個(gè)試件進(jìn)行靜力往復(fù)加載試驗(yàn)，證明該支撐具有良好的滯回性能和延性，并驗(yàn)證計(jì)算公式的可靠性。最后，與傳統(tǒng)防屈曲支撐性能指標(biāo)進(jìn)行相比。研究結(jié)果表明：兩類支撐具有近似的屈服承載力，但二階段屈服防屈曲支撐具有更大的彈性剛度和更小的屈服位移。工程設(shè)計(jì)中修改支撐的設(shè)計(jì)參數(shù)可改變其屈服位移，使其較早發(fā)生屈服并耗散地震能量，起到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的作用。

二階段屈服；防屈曲支撐；力學(xué)模型；往復(fù)加載試驗(yàn)

傳統(tǒng)防屈曲支撐主要由內(nèi)部芯材、外部約束構(gòu)件及無黏結(jié)滑移界面組成，兼具普通鋼支撐和金屬耗能阻尼器的功能[1?3]。強(qiáng)震作用時(shí)防屈曲支撐不發(fā)生屈曲，具有優(yōu)良的耗能能力和延性，顯著降低主體結(jié)構(gòu)的地震損傷[4?6]。吳徽等[7]對(duì)屈曲約束支撐加固混凝土結(jié)構(gòu)框架模型進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明屈曲約束支撐耗散占總耗能66.9%且結(jié)構(gòu)抗震性能顯著提高。李國(guó)強(qiáng)等[8]對(duì)屈曲約束支撐鉸接鋼框架模型進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明屈曲約束支撐有明顯的屈服變形且整體結(jié)構(gòu)中鋼梁和鋼柱均保持彈性狀態(tài)。張文鑫等[9]對(duì)鋼支撐和屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鋼支撐發(fā)生屈曲后剛度退化嚴(yán)重，屈曲約束支撐屈服不屈曲且剛度不會(huì)嚴(yán)重退化，結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力較好。但是，傳統(tǒng)的防屈曲支撐屈服位移較大，布置在混凝土結(jié)構(gòu)或鋼?混凝土混合結(jié)構(gòu)中時(shí)，難以在混凝土構(gòu)件開裂之前首先發(fā)生屈服并耗散地震能量[6, 8?9]。為此，本文作者提出一種新型二階段屈服防屈曲支撐，建立該支撐的力學(xué)模型，推導(dǎo)承載力、位移及軸向剛度計(jì)算公式，提出破壞模式及設(shè)計(jì)流程。通過2組共6個(gè)試件靜力往復(fù)試驗(yàn)，研究該新型支撐的受力性能，并驗(yàn)證理論公式可靠性。

1 二階段屈服防屈曲支撐的構(gòu)造及原理

1.1 構(gòu)造與組成

二階段屈服防屈曲支撐沿縱向可分為節(jié)點(diǎn)區(qū)1、過渡段2、約束屈服段3和5、無約束屈服段4，如圖1所示。內(nèi)部芯板和加勁板采用低屈服點(diǎn)鋼材LY100，外部套管采用Q235。加勁板與外套管之間刨平頂緊，與內(nèi)部芯板焊接連接，因此，加勁板與內(nèi)部芯板作為整體共同抵抗軸力。