全金属屈曲约束支撑原理和力学模型

全金属屈曲约束支撑原理和力学模型

马震1许峰2

沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳100168

摘要：随着人类对地震认识的不断深入，房屋抗震设计在经历了静力法、反应谱法和考虑不同地震程度下，损坏程度的两阶段设计法，正朝着控制结构地震能量耗散模式的设计方向发展。这标志着人类抵御地震灾害的手段开始从粗放、僵化的“抗震”转向积极、巧妙的“减震”与“控震”本文主要对消能减震构件-全金属屈曲约束支撑的消能原理和力学模型进行详细介绍研究。

关键词：消能减震、滞回曲线、抗震、屈曲约束支撑；

一全金属屈曲约束支撑的原理

全金属屈曲约束支撑（AllMetalBuckling-RestrainedBrace,简称MBRB）是由内部核心钢板和外围约束机构组成的支撑构件，约束机构抑制核心单元受压屈曲而不限制其轴向受力时的变形，使得支撑在受拉和受压时均能发生全截面屈服。经过合理设计，可以使屈曲约束支撑在小震和风振作用下保持弹性，仅为结构提供一定的抗侧刚度，而在中大地震作用下能够先于结构构件进入屈服状态，利用其滞回性能耗散地震输入结构的能量，保护主体结构安全［1］。

二恢复力模型

恢复力模型一般分为两类：一类为具有较多参数的曲线型恢复力模型；一类为简化的直线型恢复力模型。曲线型模型具有较高的精度，更贴合实际，但参数确定和计算较为复杂；实际使用中第二类应用较为广泛［2］。

（1）理想弹塑性模型

（3）Ramberg-Osgood模型

1943年,Ramberg和Osgood首先提出了钢材的三参数应力-应变关系曲线,也就是著名的Ramberg-Osgood曲线.Ramberg-Osgood模型(简称RO模型)又称多曲线模型,常被用于描述刚度退化模型,RO模型1由骨架曲线和滞回曲线组成(如图3a所示).1996年,Akazawa等人提出的骨架曲线表达式为:

式(2-15),式(2-16)可以表示为一般的曲线形的滞回非线性模型,具有极强的适应性,包含了非线性阻尼和非线性刚度,因此对各种光滑的滞回曲线都能较好的近似描述。滞回曲线的形状由参数决定,曲线的光滑程度即过渡区间的大小由常数exp确定.调节这些系数,可以得到不同的滞回环。通过比较可以发现,随着数值的不同,系统滞回恢复力具有软和硬特性。所谓软特性,即系统的恢复力随着位移绝对值的增加而减小;所谓硬特性,即系统的恢复力随着绝对值的增加而增加.当的比值较大时,系统的滞回恢复力曲线所包围的面积较大,曲线形状饱满,表明系统在振动过程中耗能较多,反之,耗能较少,Bouc-Wen模型可以通过各种参数的不同,模拟任何形状的滞回曲线。

三结束语

从上述理论中可以看出，全金属屈曲约束支撑构件具有其特有的消能减震优势，目前在一些有特殊抗震要求的工程中也时常应用，但在既有建筑加固改造中屈曲约束支撑构件也有所应用，随着抗震规范的改变及荷载组合参数的变化，其支撑选取、布置形式及数量，都对既有建筑结构有很大影响，且这方面的研究目前还较少，本人后续将开展对全金属屈曲约束支撑在既有建筑结构中的加固改造的研究。

参考文献:

［1］周云.防屈曲耗能支撑结构设计与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007:19-28.

［2］黄镇,李爱群.建筑结构金属消能器减震设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2015:31-35.