一种自复位防屈曲支撑

　　摘要： 在结构中加钢支撑是钢结构抗震的一种主要形式。普通支撑在受压状态下会产生屈曲现象，为了提高支撑的承载力和滞回性能，一般采用在支撑外部设置套筒的防屈曲支撑。但防屈曲支撑在震后留有过大残余变形，导致结构难以恢复。因此，本文提出一种新型的具有自复位功能的支撑构件来优化传统防屈曲支撑的抗震性能。并对该支撑进行了数值模拟，通过对结构模型进行循环加载分析来对比分析不同构件的复位能力。研究表明，该自复位防屈曲支撑相较于普通防屈曲支撑而言，能够更好的减少结构体系的残余变形。
　　Abstract： Steel support in the structure is one of the main forms of steel structure aseismic. The buckling of normal braces under compression is very important. In order to improve the bearing capacity and hysteretic performance of braces， buckling restrained brace is usually used to support sleeves outside the support. However， the anti buckling support has a large residual deformation after the earthquake， which causes the structure to be difficult to recover. Therefore， a new type of support component with self reset function is proposed in this paper to optimize the seismic performance of the traditional anti buckling support. The numerical simulation of the support is carried out， and the reposition ability of different components is compared and analyzed by cyclic loading analysis of the structural model. The study shows that the self reset flexion support can reduce the residual deformation of the structural system better than the ordinary buckling support.
　　关键词： 防屈曲支撑；残余变形；自复位；残余变形
　　Key words： anti buckling support；residual deformation；self reset；residual deformation
　　中图分类号：TU317 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0116-03

0 引言

　　近年来地震频发，做好结构的抗震设计尤为重要，对于钢结构而言，抗震设计是钢结构设计的关键一环。在结构抗震设计中，在结构中加钢支撑是钢结构抗震的一种主要形式。防屈曲支撑相较普通支撐而言，其最大优势是构件承载力和刚度的分离，这很好地解决了普通支撑无法在不增加结构刚度的情况下提高承载力的问题。此外，防屈曲支撑可以提供很大的抗侧刚度，由于外包约束构件的刚度贡献，使其克服了传统钢支撑容易发生受压整体屈曲的缺点，内核构件的横向变形被外包约束构件紧密地约束，也不易发生高模态屈曲，拉压作用下都可以达到屈服，拉压承载力近似相等，在经历多次循环荷载后，也不会发生强度和刚度的退化，滞回曲线稳定饱满，具有良好的疲劳性能和耗能能力。
　　但由于防屈曲支撑依靠耗能内芯的弹塑性来耗能，导致在外部荷载施加完毕后会产生较大的残余变形，对于即将倒塌或可能经历后续地震的结构，残余变形会对其产生严重影响。另外，当结构层间残余变形角超过0.5%时，结构的修复成本已大于重建。为了减少或者消除防屈曲支撑体系的残余变形，根据基于影响的抗震设计概念，国内外学者开展了对具有恢复性能系统的研究。
　　2010年，哈尔滨工业大学刘璐等以普通钢绞线制作复位系统，发明了一种预应力式SCBRB。2013年，曾鹏等采用双束串联的预应力钢绞线充当支撑复位系统，提出了全钢预应力SCBRB的设计，该支撑能增大单束预应力SCBRB的最大变形能力。2011年，美国伊利诺伊大学等采用形状记忆合金制作复位系统，开发了一种形状记忆合金SCBRB，对其进行拟静力加载实验。2014年，美国学者等对形状记忆合金8IQRQ进行实验，对该支撑的模型参数进行研究，给出形状记忆合金SCBRB的合理设计建议。
　　具有自复位性能的斜撑，可以更好地避免结构在震后残留的大量变形，使结构更大程度上的得以恢复，实现建筑本身价值。本文通过提出一种新型的自复位性能的防屈曲支撑形式，并进行数值模拟分析，研究这种结构对于建筑减震的优势及缺陷，并验证其滞回性能和复位效果。

1 自复位防屈曲支撑的构造

　　自复位防屈曲支撑在构造形式上分为两部分：防屈曲支撑（BRB）复位系统（SC）。具体形式如图1所示。
　　由图1所示，该自复位防屈曲支撑以十字内芯作为主要耗能材料，外部采用方钢管作为防屈曲套筒，并在十字内芯端部加设高强弹簧提供复位力。十字内芯如图2所示，选用变截面形式，分为屈服段、加强段、连接段。在十字内芯右连接段与加强段交接处焊有固定板，该固定板与外套筒焊接，保证外套筒对内芯的屈曲约束。外套筒为矩形钢管，内部四角焊有四个角钢，中间留有十字空隙供十字内芯通过。十字内芯左连接段中部同样焊有固定板，为弹簧固定板，上面设置高强弹簧与外套筒的开孔固定板连接，且开孔固定板同样留有十字空隙供十字内芯弹塑性变形。

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