[发明专利]一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及其设计方法

说明书

本发明公开了一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及其设计方法，该屈曲约束支撑包括SMA棒、屈曲约束构件和填充构件；其设计方法包括以下步骤：确定需要的SMA棒位移行程；确定最大应变和最大应力；确定SMA棒的长度；确定SMA棒与所述屈曲约束构件刚度之间的联系系数γ；确定最小抗弯刚度；确定所述屈曲约束构件和所述填充构件的抗弯刚度。本发明利用SMA棒实现耗能和自复位功能，利用屈曲约束构件对核心SMA棒的屈曲产生约束，使得SMA棒的受拉耗能能力和受压耗能能力能够充分被利用，结构的造价更低；同时其长度较大，可适应隔震体系的大位移需求，有利于增加结构耗能能力、限制过大位移，可使得结构在地震后自动恢复变形，减小甚至消除结构的中断时间。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种具有拉压功能的屈曲约束支撑及其设计方法。

背景技术

建筑物在强震作用下会发生较大的残余变形，严重影响结构的继续使用，针对上述问题，将屈曲约束支撑加入到结构中，可以有效地消除或减轻结构和非结构的地震损坏，提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性，增加震后建筑物继续使用的能力。

国内外研究表明，超弹性SMA棒限位器在结构中具有较好的限位效果，但一般以利用合金棒的受拉性能为主，由于受压时，记忆合金棒会发生屈曲，耗能极小、限位效果差，一般不予考虑，SMA棒的应用受限。目前新西兰学者Palermo A等提出迷你型屈曲约束支撑，利用其抗压性能限制摇摆式桥墩墩底的脱离位移，该装置具有造价低、质量小、易于制作安装、体积小和耗能能力强等优点。但是由于迷你型屈曲约束支撑采用软钢棒作为耗能芯部构件，没有自复位能力，一旦强震后发生残余变形，就需要进行更换。此外，由于隔震体系有较大的位移需求，而迷你型屈曲约束支撑的位移行程小，不适用于隔震体系。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，本发明旨在提供一种具有拉压功能的屈曲约束支撑设计方法及屈曲约束支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有拉压功能的SMA屈曲约束支撑的设计方法，所述SMA屈曲约束支撑包括：SMA棒，所述SMA棒包括头部、中间部和尾部；

屈曲约束构件，其套设于所述SMA棒外，且与所述SMA棒同心设置；

填充构件，所述填充构件设于所述屈曲约束构件和所述SMA棒之间；

所述屈曲约束支撑的设计方法包括以下步骤：

所述SMA屈曲约束支撑的设计方法包括以下步骤：

步骤一、根据桥梁跨度大小和地震动水平，确定需要的SMA棒位移行程；

步骤二、根据所SMA棒材料性能确定最大应变和最大应力；

步骤三、根据确定的SMA棒位移行程和最大应变确定所需SMA棒的长度；

步骤四、选择SMA棒直径，确定SMA棒与所述屈曲约束构件刚度之间的联系系数γ；

步骤五、确定所需的最小抗弯刚度；

步骤六、确定所述屈曲约束构件和所述填充构件的抗弯刚度；根据上述确定的屈曲约束构件和填充构件的抗弯刚度确定屈曲约束构件的尺寸。

进一步地，所述步骤四中，系数γ根据下述公式计算得到：

γ＝0.1941+0.095d_bar；

式中，d_bar为所述SMA棒中间部的直径。

进一步地，所述步骤五中，其中σ_d和ε_d是所述SMA棒的最大应力和最大应变；A_bar是所述SMA棒中间部的面积；L_bar是SMA棒中间部的长度。