[发明专利]一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种自复位屈曲约束支撑基于流变模型的滞回性能分析方法，属抗震结构的数值分析与设计领域，涉及程序编制和软件开发。

背景技术

屈曲约束支撑是利用核心钢材往复拉压屈服耗能的减震元件，一般主要由承受轴向荷载的核心耗能部分与防止核心部分产生整体或局部屈曲的侧向约束机构组成。由于其具有稳定的滞回性能与良好的耗能能力，近年来在抗震结构中得到了越来越多的应用。然而，由于支撑屈服后的刚度较低，屈曲约束支撑结构在强地震后易于产生较大的残余变形，从而可能导致建筑维修成本与修复难度的大幅增加。因此，如何减小BRB的残余变形是促使其在实际工程中进一步推广应用的关键问题。

自复位屈曲约束支撑在传统屈曲约束支撑中引入自复位部分，使支撑在地震过程中始终具有自复位功能，即在震后能够恢复到初始位置，从而大幅减小甚至消除支撑的残余变形。该自复位部分一般由预应力筋、内外套管和端板构成。内套管右端与核心板焊接，另一端则保持自由状态；外套管左端与核心板焊接，另一端自由。两侧端板上均开设孔槽以使核心板穿过，并且使端板能够沿核心板自由滑动。图1给出了自复位屈曲约束支撑的剖面示意及其工作机理。初始状态时(图1(a))，预先张拉的预应力筋将两侧端板紧紧顶在内外管两端，并通过锚具锚固与端板上。当支撑受拉时(图1(b))，内外套管随着核心板伸长向两侧运动，并且在焊接端顶推端板克服初始预张力，从而带动纤维筋被拉伸；当支撑受压时(图1(b))，内外套管自由端(非焊接端)反向推动另一侧端板，同样在克服预张力后带动纤维筋被拉伸。因此，无论支撑受拉还是受压，两侧端板在内外套管的作用下始终产生相反运动，保证预应力筋在支撑往复受力过程中始终被拉伸，从而能够提供支撑自复位所需要的恢复力，确保支撑在地震作用后能够回到初始位置。

虽然自复位屈曲约束支撑具有良好的滞回性能(耗能能力与自复位能力)，但由于其构造较为复杂，因此影响自复位屈曲约束支撑性能的参数较多，如：初始预张力大小、核心板截面尺寸、预应力筋截面积、内外套管截面尺寸等。在将自复位屈曲约束支撑应用于抗震结构时，需要掌握不同参数下自复位屈曲约束支撑的滞回性能，为确定其关键部件尺寸和进行抗震结构设计提供重要依据。与传统屈曲约束支撑相比，自复位部分的引入使支撑的滞回性能更为复杂，传统的屈曲约束支撑滞回性能分析方法不再适用。因此，针对这一新型的抗震耗能支撑，目前尚没有简便有效的方法能够快速分析其滞回性能，仅能依靠拟静力试验与非线性有限元软件进行。拟静力试验虽然能够最真实地反映自复位屈曲约束支撑的滞回性能，但试件加工与试验测试等费用高、代价大，且一根试件只能评估一种参数组合影响下的滞回性能。非线性有限元软件虽然能够建立自复位屈曲约束支撑的仿真模型并进行参数化分析，但自复位约束支撑的构造复杂，建模难度大，且其中包含材料非线性、接触非线性与几何非线性的综合影响，计算收敛困难，难以在工程应用中推广。因此，需要建立一种力学概念明确且简便有效的自复位屈曲约束支撑滞回性能的快速分析方法。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能快速、准确描述支撑在往复受力过程中核心板的弹塑性变形、等向强化作用、拉压响应不对称和自复位体系的自复位恢复等特征的自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法。

技术方案：本发明的自复位屈曲约束支撑滞回性能分析方法，包括如下步骤：

1）建立自复位屈曲约束支撑概念模型：

首先将自复位屈曲约束支撑的滞回特征分解为如下两部分：通过循环往复变形耗能的屈曲约束支撑部分和提供弹性恢复力的自复位部分；

将一个第一弹簧与流变元件并联后再与一个第二弹簧串联，来模拟自复位屈曲约束支撑的耗能部分，用所述第一弹簧的刚度来模拟核心板的屈服后刚度，用所述第二弹簧的刚度来模拟核心板的初始弹性刚度，用所述流变元件的位移来模拟核心板屈服后的塑性位移；用一个第三弹簧来模拟自复位屈曲约束支撑的自复位部分，用所述第三弹簧的刚度来模拟自复位部分启动前的初始刚度和启动后的刚度；