自复位三重钢管约束屈曲支撑概念设计.pdf

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1、2Q!鱼生箜呈!塑i盟筮!里§塑)江亘建堑—————————————壅堑当鱼堕些童自复位三重钢管约束屈曲支撑概念设计■喻圣洁1。郑廷银2■1．江苏建筑职业技术学院，江苏徐州221116；2．南京工业大学，江苏南京211816摘要：传统约束屈曲支撑大震下易产生残余变形，首先概述现有自复位支撑发展现状，分析其工作优点，然后针对现有的自复位支撑中存在的问题，提出一种新型支撑——自复位三重钢管约束屈曲支撑，并给出具体组成构造。关键词：约束屈曲支撑自复位三重钢管并联工作约束屈曲支撑(BRB)通过核心金属弹塑性滞回耗能，外力卸载后往往存在很大的残余变形，针对如何

2、减小甚至消除震后结构的残余变形，许多学者开始了自复位耗能支撑的研究。1自复位支撑发展现状Zhu等_l·于2007年提出了一种形状记忆合金自复位摩擦耗能支撑。斜向布置的形状记忆在垂直于支撑方向施加预紧力提供摩擦力产生耗能，在平行于支撑方向无论拉压，总有一组形状记忆合金棒处于受拉状态提供复位力。Christopoulos和TremblayL21于2008年开发了一种新型摩擦耗能复位支撑。内外方管相对错动时，螺栓预紧产生的摩擦力提供耗能，锚固于端板的预应力复位筋始终受拉提供复位力。拟静力试验研究表明：支撑表现出稳定的旗形滞回特征并且卸载后基本完全回复到初始

3、位置。2010年，宋子文”一也建立了自复位支撑(sc)和BRB的框架模型，时程分析结果显示：罕遇地震作用下，BRB框架的最大位移是sc框架的3倍之多。2012年，刘璐，吴斌HJ开发了一种方钢管约束一字芯材耗能的自复位约束屈曲支撑。大量研究表明，自复位耗能支撑具有如下优点：(1)减少甚至消除结构在承受外荷载之后的残余变形，避免余震引起的安全隐患，减小建筑维修成本。(2)附加耗能：自复位支撑中开合面附加位移型耗能装置来耗散地震能量，这样就不需要结构主体进入塑性来耗能。(3)结构软化：自复位支撑初始刚度较大，接触面分开后，安装支撑的结构刚度骤减，周期变长(

4、软化)。这样，就可以避免与地震动发生共振，利于降低结构所受的地震作用。(4)易替换：自复位支撑具有震后易替换、维修方便等特点。2现有自复位支撑的问题采用摩擦耗能时摩擦面老化是个很严重的问题，尤其依靠高强螺栓所施加的预紧力提供摩擦力，螺栓松动对支撑性能影响很大。故考虑金属滞回耗能开发自复位约束屈曲支撑。刘璐等人开发的支撑在借鉴Christopoulos开发的自复位摩擦支撑时，忽略了其作为约束屈曲支撑的特点：(1)内外套管有失稳的危险。耗能芯材承受压力时，内外方形管均受压而且所受压力为：芒：材的数倍，而内外管同时要给耗能芯材提供侧向约束以限制耗能芯材的失

5、稳，这样内外管同样有压弯失稳的风险。(2)内外管端部薄弱，易发生破坏。一方面。耗能芯材与内外管只在端部焊接。另一方面，由于端板在横向缺乏约束，端板在其自重和受动荷载过程中易发生横向偏离，而其与内外管间存在的摩擦力使得端板横向偏离时给内外管端部造成很大的横向局部应力。因此考虑在端部为端板的轴向运动提供一个相对稳定的轨道以限制其横向运动是十分有必要的。(3)构件密封差。由于该结构采用预应力，且仅在端部焊接，腐蚀对影响构件寿命，因此需考虑密封构造。(4)连接段过长，截面大小受限制，易发生失稳破坏，局部的应力集中严重，因此连接段传力并不可靠，考虑开发合理的端

6、部连接措施。3自复位三重钢管约束屈曲支撑的组成针对以上问题，提出一种新型支撑——自复位=三重钢管约束屈曲支撑(SCBRB)，喻圣洁、郑廷银于2014年开发了该支撑，并成功申请发明专利，具体组成如图l所示。创l嘲怀：l矩形蕾；2左端极；3倒钠营菽；4左连接收；5内县白；6中j叫耗能管；7外套管；8右端板；9圆钢管段；10圆板；11右连接板；12预应力筋。图1SCBRB组成示意图支撑由四部分组成：(1)三钢管主体。耗能管在左端与内套管左端焊接，右端与外套管右端焊接。中间耗能管开孔消弱，实现端部相对加强的效果，薄弱部位由端部转移到了中部，避免了支撑端部加强

7、工序；(2)复位筋；(3)预应力锚固系统。其中左套管由左端板、矩形管、圆钢管段组成。两端板作为锚固端，连接复位筋，复位筋通过内套管，通过可靠的锚固措施施加一定预拉力；4)端部连接系统，包括左连接板、右套管。右套管作为端部连接装置与外套管焊接，同时可以约束右端板的侧向位移。左套管与外套管之间，左连接板与左套管的矩形管之间灌人密封用液体，缝口用油纸封，实现防腐目的。4总结(1)自复位耗能支撑有减小残余变形、附加耗能、自复位、易替换等优点。(2)现有自复位支撑在耗能方式选择、端部连接形式、防腐等方面存在不足。(3)自复位三重钢管约束屈曲支撑主要由三钢管主体

8、、复位筋、端部连接系统、预应力锚固系统四部分组成，解决了现有支撑端板易偏离，端部连接系统易发生应力集中和失稳