屈曲约束支撑作为一种优良的耗能减震构件,近年来得到了越来越多的研究和应用(Xie,2005; 汪家铭,中岛正爱,2005; 周云,2007; 刘晴云等,2009; 周云等,2012)。典型的屈曲约束支撑主要由核心单元和外约束单元构成。在地震作用下,由于外约束单元的限制,核心单元能够实现屈服而不屈曲,从而大大提高支撑的耗能能力。传统的屈曲约束支撑通常采用钢与混凝土组合形成外围约束,这类构件的制作精度要求高,自重大且施工难度大。另外,由于屈曲约束支撑核心单元耗能段和连接段之间会形成薄弱区域,如若处理不当,支撑端部会出现局部屈曲,影响整个支撑的性能(Ju et al,2009; Takeuchi et al,2010; Zhao et al,2012)。

针对已有屈曲约束支撑的缺点,本文提出一种新型钢板装配式屈曲约束支撑,改进了端部的加强措施,利用ABAQUS软件对其进行数值分析,研究螺栓数量,端部不同构造对屈曲约束支撑耗能性能和承载力的影响。

新型钢板装配式屈曲约束支撑主要由核心单元、外约束板、垫板、加劲板、端部盖板等组成,其整体图、分解图如图1a、b所示。核心单元、外约束板、垫板和端部盖板通过高强螺栓装配成一体,核心单元与外约束构件之间留有一定的间隙,以此来提供核心受力单元受压过程中由于泊松效应产生的横向变形所需的空间,加劲板与核心单元的连接段焊成一体,加劲板与外约束板件留有变形缝,采用嵌入式构造,并用端部盖板对其进行加强(图1c)。

该新型钢板装配式屈曲约束支撑具备以下几个特点:(1)支撑完全由钢板组成,构造简单,取材容易,自重轻;(2)外约束构件由螺栓装配而成,可以方便拆解,在地震后可检查核心单元的受损情况,必要时可进行更换,节约资源;(3)支撑端部采用嵌入式构造,加劲板与外约束板端部相互咬合,使该支撑在受压时端部薄弱区域可得到更大程度上的保护。

针对螺栓数量,端部不同构造对屈曲约束支撑性能的影响,设计两组试件,分别为A组APB-1～APB-5,B组APB-6。其中APB-1～ APB-5端部采用嵌入式构造,螺栓个数分别为6、10、18、28、42,相对应的L_b/L_w分别为4.5、2.2、1.2、0.7、0.5,L_b为螺栓间距,L_w为核心单元

图1 新型钢板装配式屈曲约束支撑
(a)整体图;(b)拆解图;(c)端部透视图
Fig.1 The schematic drawing of the novel type of

(a)the whole diagram;(b)decomposition diagram;

(c)front end perspective diagram

波长,由Chou等(2010)确定; 为简化模型,仅APB-5端部加盖板,APB-6端部设加劲肋,APB-5和APB-6模型三维图如图2所示; 各个试件外约束单元和核心单元主要尺寸相同,如表1所示。核心受力单元采用Q235钢,外钢板、盖板、加劲板和垫板皆采用Q345钢,螺栓为8.8级高强螺栓。

图2 试件三维模型图(a)APB-5;(b)APB-6
Fig.2 3D model of specimens

表1 试件主要尺寸
Tab.1 Main dimension of the specimens

(1)新型钢板装配式屈曲约束支撑滞回曲线饱满,具有稳定的耗能能力。

(2)螺栓间距对支撑有至关重要的影响,建议L_b/L_w≤2。

(3)新型钢板装配式屈曲约束支撑端部嵌入式构造对支撑端部有较为明显的加强作用。

感谢周云老师对本研究工作的悉心教导和帮助。