二阶段屈服方形截面防屈曲支撑设计方法及受力性能

李亮，彭先飞，周天华，惠宽堂，刘晓倩



二阶段屈服方形截面防屈曲支撑设计方法及受力性能

李亮1，彭先飞2，周天华1，惠宽堂2，刘晓倩1

(1. 长安大学 建筑工程学院，陕西 西安，710055；2. 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安，710061)

提出一种二阶段屈服防屈曲支撑，其屈服位移较小，可在主体结构破坏前率先屈服并耗散地震能量，保护主体结构。首先，建立该新型支撑的力学模型，并推导屈服承载力、屈服位移和轴向刚度计算公式，提出该支撑的各种破坏模式及设计流程。对2组共6个试件进行静力往复加载试验，证明该支撑具有良好的滞回性能和延性，并验证计算公式的可靠性。最后，与传统防屈曲支撑性能指标进行相比。研究结果表明：两类支撑具有近似的屈服承载力，但二阶段屈服防屈曲支撑具有更大的弹性刚度和更小的屈服位移。工程设计中修改支撑的设计参数可改变其屈服位移，使其较早发生屈服并耗散地震能量，起到保护主体结构的作用。

二阶段屈服；防屈曲支撑；力学模型；往复加载试验

传统防屈曲支撑主要由内部芯材、外部约束构件及无黏结滑移界面组成，兼具普通钢支撑和金属耗能阻尼器的功能[1−3]。强震作用时防屈曲支撑不发生屈曲，具有优良的耗能能力和延性，显著降低主体结构的地震损伤[4−6]。吴徽等[7]对屈曲约束支撑加固混凝土结构框架模型进行拟静力试验，结果表明屈曲约束支撑耗散占总耗能66.9%且结构抗震性能显著提高。李国强等[8]对屈曲约束支撑铰接钢框架模型进行了振动台试验，结果表明屈曲约束支撑有明显的屈服变形且整体结构中钢梁和钢柱均保持弹性状态。张文鑫等[9]对钢支撑和屈曲约束支撑钢框架结构进行研究，发现传统钢支撑发生屈曲后刚度退化严重，屈曲约束支撑屈服不屈曲且刚度不会严重退化，结构抗侧能力较好。但是，传统的防屈曲支撑屈服位移较大，布置在混凝土结构或钢−混凝土混合结构中时，难以在混凝土构件开裂之前首先发生屈服并耗散地震能量[6, 8−9]。为此，本文作者提出一种新型二阶段屈服防屈曲支撑，建立该支撑的力学模型，推导承载力、位移及轴向刚度计算公式，提出破坏模式及设计流程。通过2组共6个试件静力往复试验，研究该新型支撑的受力性能，并验证理论公式可靠性。

1 二阶段屈服防屈曲支撑的构造及原理

1.1 构造与组成

二阶段屈服防屈曲支撑沿纵向可分为节点区1、过渡段2、约束屈服段3和5、无约束屈服段4，如图1所示。内部芯板和加劲板采用低屈服点钢材LY100，外部套管采用Q235。加劲板与外套管之间刨平顶紧，与内部芯板焊接连接，因此，加劲板与内部芯板作为整体共同抵抗轴力。