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防屈曲支撑受拉与受压均可屈服,是一种新型耗能支撑,既克服了传统支撑受压屈曲的缺点,又具备良好的耗能性能,在日本、美国应用十分广泛,而在我国的研究与应用均刚起步。防屈曲支撑的应用前景十分广阔,目前我国工程中应用的防屈曲支撑还依赖从国外进口。我国是钢材生产大国,已具备防屈曲支撑生产的物质条件,但对防屈曲支撑性能的认识还有待完善。
本文选取了截面形式和钢芯长度两种构造参数,对约束机构为内填混凝土钢管、钢支撑部分由国标Q235钢材制作的防屈曲支撑抗震性能进行了研究。首先,从理论上讨论了承载力、位移、等效刚度、等效阻尼比等参数对防屈曲支撑性能的影响,并结合我国规范,讨论了规范对防屈曲支撑性能的要求。其次,使用国标Q235钢材制作了三根一字形截面形式和三根十字形截面形式共六根大比例防屈曲支撑试件,每种截面形式的三根试件的钢芯截面相同而长度不同,即等强度、变刚度。一字形截面试件的工作段由热轧钢板加工而成,十字形截面试件的工作段由三块热轧钢板拼焊成形。对所有试件进行了低周反复拉压荷载试验。通过对试件的滞回曲线、力学参数非对称性、刚度、等效粘滞阻尼比、延性及累积塑性变形的深入分析,研究了钢芯长度、截面形式、拉压受力方式对防屈曲支撑耗能性能和疲劳性能的影响。最后,使用双线性模型推导了割线刚度、等效阻尼比公式,从理论上研究了钢芯长度对刚度退化、等效阻尼比规律的影响,并与试验结果进行了对比。
研究表明:钢芯越长,防屈曲支撑变形能力和耗能能力越强;等强度的防屈曲支撑各自趋近相同的承载力,钢芯长度对防屈曲支撑的延性和疲劳性能影响不大。钢芯越短,刚度退化越慢,刚度退化值越小;钢芯越长,等效粘滞阻尼比略大,增长越快;截面形式对其性能影响不大;受拉等效阻尼比略大于受压;受压屈服后刚度略大于受拉;钢芯越长,屈服后刚度退化越快,同级位移下的第二刚度系数越小。钢芯长度较短的防屈曲支撑对其抗震性能的发挥更为有利。建议设计时在满足其变形能力需求的前提下,应适当减小防屈曲支撑的钢芯长度。