屈曲约束支撑极限承载力有限元研究.pdf

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1、56低温建筑技术2011年第3期(总第153期)屈曲约束支撑极限承载力有限元研究宋健，赵云，黄斌(西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室。西安710055)【摘要】针对屈曲约束支撑极限承载力的研究方法集中在理论和试验分析的问题，提出了采用有限元软件求解其极限承载力的合理方法，研究了相关因素对屈曲约束支撑极限承载力大小的影响情况，并给出实用的设计和施工建议。【关键词】屈曲约束支撑；极限承载力；有限元【中图分类号】TU391【文献标识码】A【文章编号】1001—6864(2011)03—0056—03PROBINGINTOSTUDYM

2、ETHODSOFBRB’CRITICALLOADWrrHANSYSSONGJian，ZHAOYun，HUANGBin(KeyLaboratoryofStructuralandAseismaticEngineeringoftheEducationMinistry，Xi’anUniv．ofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)Abstract：Tosolvetheproblemsthatthecriticalloadofbuckling—restrictedbraces(BRB)hasbeen

3、mainlystudiedbytheacademicanalysisandtheexperimentsrecently，asuitablesolutionofstudyingmethodsofBRB’criticalloadwithfiniteelementsoftwarewasgiven．TheeffectsoftherelevantfactorsOhtheBRB’criticalloadwereinvestigated，andthepracticalsuggestionsforthedesignandconstructionwerep

4、rovided．Keywords：buckling—restrictedbrace(BRB)；criticalload；finiteelement屈曲约束支撑框架体系是一种较新的抗震框架’2002(混凝土结构设计规范》规定的强度设计值。混体系，它利用屈曲约束支撑屈服但不屈曲的特性，依靠凝土的破坏通过Cl～c9九个参数确定，其中，张开裂钢材的高屈服力和较大的塑性变形来达到耗能的效缝的剪力传递系数JB=0．5，闭合裂缝的剪力传递系数果。因此，屈曲约束支撑在国内外得到了广泛的研卢=0．95，拉应力释放系数采用缺省值=0．6。混凝究。但大多数的相

5、关研究主要集中于理论和试验土单轴应力一应变关系上升段采用GB50010—2002方面，理论研究难以模拟屈曲约束支撑的实际性能，试规定的公式，下降段则采用Hongnestad的处理方法。验研究的成本较高，且周期较长。本文重点讨论利用有限元方法求解屈曲约束支撑的非线性极限承载力，表1试件参数并分析影响其极限承载力大小的因素。1ANSYS有限元分析1．1模型参数本文以文献[5]中的试验构件尺寸作为屈曲约束支撑有限元模型的具体尺寸，详见表1。芯材的四周均包裹了1mm厚的聚四氟乙烯板作为无粘结材料。建模时，芯材、钢套管和混凝土分别采用SOLID45

6、芯材与钢外套之间灌注砂浆，并在砂浆初凝前焊上端和SOLID65单元划分网格，同时，分别采用双线性等板。灌注时在约束屈服段和约束非屈服段之间的变截向强化模型BISO和多线性等向强化模型MISO模拟面处，留有60mm的内部预留伸缩空间，防止芯材在轴钢材和混凝土的应力一应变关系。采用接触单元向压力作用下与砂浆碰撞。TARGE170和CONTA173处理混凝土与芯材的接触问屈曲约束支撑中的芯材和钢套管均采用Q235题，将芯材的外表面设为接触面，将混凝土形成的内表钢，钢材的应力一应变关系采用理想弹塑性模型。采面设为目标面，并通过相同的实常数形成接触

7、对。用强度等级为c25的混凝土，其数据采用GB50010一1．2网格划分朱健等：屈曲约束支撑极限承载力有限元研究57采用3D六面体单元和映射网格来划分，这样划网格尺寸的合理性。分的网格形状规则，且单元不易因产生畸变而导致结(1)混凝土网格尺寸：假设芯材的网格尺寸为果出现较大误差。网格尺寸影响着网格的疏密，对结60mm，同时分别改变混凝土的网格尺寸并进行非线性果的好坏影响很大，合理的网格尺寸是经济性和结果屈曲分析，网格尺寸与屈曲约束支撑的非线性极限承良好性的统一，但没有固定的网格尺寸可以参考。因载力的关系如图1所示。此，本文通过评价结果的方

8、式来评价并确定所选用的Z壹混凝土网格尺寸／ram芯材网格尺寸／ram图1混凝土网格尺寸与极限承载力的关系图2芯材网格尺寸与极限承载力的关系图3芯材的初始几何缺陷由图1可知，随着混凝土网格尺寸的