CN103440383B - 一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法 - Google Patents

一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103440383B
CN103440383B CN201310391960.0A CN201310391960A CN103440383B CN 103440383 B CN103440383 B CN 103440383B CN 201310391960 A CN201310391960 A CN 201310391960A CN 103440383 B CN103440383 B CN 103440383B
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
resetting
restrained brace
buckling restrained
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310391960.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103440383A (zh
Inventor
周臻
王维影
何贤亭
吴京
王春林
孟少平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201310391960.0A priority Critical patent/CN103440383B/zh
Publication of CN103440383A publication Critical patent/CN103440383A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103440383B publication Critical patent/CN103440383B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明公开了一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法,首先确定力学模型所需基本分析参数,如核心板的屈服强度、极限强度,预应力筋的刚度,初始预应力等,然后在计算机上进行各种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析。本发明方法力学概念明确且简便有效,既能考虑屈曲约束支撑部分的屈服强化与塑性耗能,又能考虑自复位部分的刚度特性与自复位特征,而且能够同时求解绘制出屈曲约束支撑力、自复位力、累积塑性变形、强化后屈服力、累积耗能等响应的时程曲线。本发明方法通过改变参数,还能研究不同参数对支撑自复位效果和耗能能力的影响规律。

Description

一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法
技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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
[0005] 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。
[0006] 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:
[0007] 1)建立自复位屈曲约束支撑概念模型:
[0008] 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;
[0009] 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;
[0010] 2)通过支撑所用钢材材性试验、预应力筋材性试验和核心板循环往复试验确定自 复位屈曲约束支撑的如下参数:支撑加载位移时程u(t)、核心板初始屈服力Fy。、核心板等 向强化最大屈服力Fy_、初始预张力FP、核心板弹性刚度k。、核心板屈服后刚度h、预应力筋 弹性刚度kp、内套管刚度k2、外套管刚度k3;自复位部分启动前初始刚度ksl=k2+k3+kp,启动 后的刚度ks2=kp;确定核心板材料流动准则参数α和硬化准则参数b,以及把加载时间划分 为η段后,各时间点的支撑总位u⑴=1!^),1=1,2,~,11,其中1为时间点编号;
[0011] 为模拟实际支撑在受拉和受压时响应的不对称性,核心板的等向强化最大屈服力 Fy_、材料流动准则参数α和硬化准则参数b在支撑受拉和受压时取不同的值:支撑受拉 时记为巧"、α+和b+,支撑受压时记为α、和b;
[0012] 3)计算第i个时间点的核心板塑性位移增量心(〇,初始时取i=l,具体方法为:
[0013] 如果上一时间点的支撑累积塑性变形p(i_l)=0,且上一时间点的屈曲约束支撑力 F0(i-1)小于强化后屈服力Fy(i-1),则表明核心板仍处于弹性受力状态,核心板塑性位移 增景为否则表明核心板进入了塑性状态,并利用式(3-1)计算核心板塑性位移增 量 :
Figure CN103440383BD00051
[0015]凡(,>-"/)ΐ; 0时,々"(/) = 〇
[0016]其中Fji)为屈曲约束支撑由于塑性位移产生的力,Fji)为屈曲约束支撑的力,Fy(i)为屈曲约束支撑强化后的屈服力,分别根据式(3-2)、(3-3)和(3-4)计算得到,其中 F0(i)的初始值为0,Fy(i)的初始值为核心板初始屈服力,SPFy(0)=Fy。:
Figure CN103440383BD00052
[0019] Fy(i)=-iv〇+(^max~Fy〇)ms(r~bp(iy}bp(i) (3-4)
[0020] 其中七⑴为第一弹簧的位移,u^i)为流变元件的位移,且uji)=up(i),第i个 时间点的支撑累积塑性变形增量>(/)根据式(3-5)计算:
[0021] #(6) - jw"(/)| (Μ):;
[0022] 则第i个时间点的支撑累积塑性变形/明=冲Η沖-1),支撑累积塑性变形的初始 值为ρ(0)=0 ;
[0023]4)计算第i个时间点的自复位力Fs (i),具体方法为:
[0024]自复位部分的位移us与支撑总位移u相等,如果支撑总位移u⑴小于或等于自 复位部分启动位移ua=FP/ksl,则表明自复位部分处于启动前阶段,此时自复位力Fs(i)由式 (4-1)求解:
[0025]Fs ⑴=kslu(i) (4-1);
[0026] 否则,表明自复位部分处于启动后阶段,此时自复位力匕(1)由式(4-2)求解:
[0027]u⑴ >ua时,Fs ⑴=ks2(u⑴ _ua)+FP (4-2);
[0028]u⑴ < _ua时,Fs ⑴=ks2(u⑴ +ua) -FP
[0029] 5)根据公式(5-1)计算第i个时间点的自复位屈曲约束支撑总力F(i):
[0030]F⑴=Fji)+Fdi) (5-1)
[0031] 然后判断是否满足i=n,若是,则表明位移加载完成,进入步骤6),否则令i=i+l, 返回步骤3),转入下一时间点的计算;
[0032] 6)绘制出用于评估自复位屈曲约束支撑耗能能力与自复位能力的支撑总力F与 总位移u滞回曲线,然后进行滞回性能分析。
[0033]本发明的优选方案中:
[0034] 步骤2)中:支撑加载位移时程u(t)依据支撑设计需要考虑的最大层间位移确定, 依据支撑构造确定核心板截面积A。和长度1。、内套筒截面积Αιη、外套筒截面积、内套筒 长度1ιη、外套筒长度,预应力筋面积Αρ、初始预张力Fp和预应力筋长度lp;通过支撑所用 钢材材性试验确定钢材弹性模量Ε。、初始屈服应力fy。、抗拉极限屈服应力/二《 ;通过预应 力筋材性试验确定预应力筋弹性模量Ep;然后通过以上参数,确定核心板弹性刚度k^E/。/ 1。,屈服后刚度4=0. 01k。,内套管刚度k2=EQAin/lin,外套管刚度kpElt/U,预应力筋刚 度kp=EpAp/lp,核心板初始屈服力FyQ=fyQA。,受拉最大屈服力校胃=./2_:為,受压最大屈服力 =1.巧二;支撑加载位移时程u⑴依据支撑设计需要考虑的最大层间位移确定;核心 板材料流动准则参数α和硬化准则参数b可通过核心板循环往复试验确定;
[0035]本发明方法在分析自复位屈曲约束支撑的滞回性能时,需要同时考虑核心板耗能 与自复位体系(内外套筒与预应力筋)作用,并能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。针对自 复位屈曲约束支撑的受力特征,可建立由弹簧与塑性元件等部件构成的力学概念模型,以 力、位移和时间等物理变量之间的力学方程来定量描述模型各部件的受力状态,采用基于 时间增量的显示计算方法,可分析得到往复变形过程中支撑总力与总位移的滞回曲线以及 累计塑性变形和累计耗散能量等指标,从而能够快速准确地评估自复位屈曲约束支撑的滞 回性能。
[0036] 有益效果:本发明与现有技术相比,具有以下优点:
[0037] (1)本发明力学概念明确,针对自复位屈曲约束支撑的构造特征与工作机理,将其 力学模型抽象为屈曲约束支撑部分与自复位部分的并联与叠加,既能考虑屈曲约束支撑部 分的屈服强化与塑性耗能,又能考虑自复位部分的刚度特性与自复位特征,从而精确描述 自复位屈曲约束支撑的滞回性能,填补了自复位屈曲约束支撑及其结构体系设计领域的空 白;
[0038] (2)目前拟静力试验是评估自复位屈曲约束支撑滞回性能的主要手段之一,但其 试件加工与试验测试等费用高、代价大,而本发明通过数值模拟分析自复位屈曲约束支撑 的滞回性能,在确定力学模型所需基本分析参数后,只需在计算机上即可快速进行各种自 复位屈曲约束支撑的滞回性能分析。因此与拟拟静力试验相比,本发明具有显著的经济效 益;
[0039] (3)非线性有限元是目前评估自复位屈曲约束支撑滞回性能的另一主要手段。但 自复位屈曲约束支撑的滞回分析中涉及材料非线性、几何非线性和接触非线性,在ANSYS、 ABAQUS等大型结构非线性有限元软件中不仅建立模型过程繁杂,且很容易出现分析不收敛 的问题。而本发明为针对抽象力学模型的纯数值计算方法,计算过程中仅涉及迭代求解1 个内部变量-塑性位移增量^(/)。与非线性有限元分析相比,本发明的方法计算过程更为 简便,计算效率更高,可操作性强,更易于在实际工程设计中推广。
[0040] (4)本发明采用循环前进计算与内部迭代求解相结合的方式,流程明确简单,易于 通过常用编程平台(如VisualC++、VisualBasic或MATLAB等)实现,在使用时,只需输 入分析所需基本参数,程序即可自动进行快速求解,绘制出所需要的滞回曲线,便于工程设 计人员对自复位屈曲约束支撑的滞回性能进行评估。
[0041] (5)本发明不仅能够快速绘制支撑总力-支撑总位移的滞回曲线,而且能够同时 求解绘制出屈曲约束支撑力、自复位力、累积塑性变形、强化后屈服力等响应的时程曲线, 从而能够为全面评估自复位屈曲约束支撑的滞回性能提供依据。
[0042] (6)在进行自复位屈曲约束支撑设计时,需要考虑不同构造参数的影响(初始预 张力、核心板截面积、预应力筋材料及截面积等),但拟静力试验需要设计加工多根构建进 行试验测试,代价过大,非线性有限元软件则需要重新建立多个分析模型并分别进行非线 性求解,费时费力。而本发明只需将需要考虑的构造参数转换成分析所需基本参数,然后输 入分析程序,即可快速求解并成批绘制出不同参数下的滞回性能曲线,便于设计人员研究 不同构造参数对支撑自复位效果与耗能能力的影响规律。
附图说明
[0043] 图la为自复位屈曲约束支撑的剖面示意图。
[0044] 图lb为自复位屈曲约束支撑受拉状态。
[0045] 图lc为自复位屈曲约束支撑受压状态。
[0046] 图2为自复位屈曲约束支撑的弹塑性流变模型。
[0047] 图3为自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析流程图。
[0048] 图4为本发明方法对应程序实现模块的关系流程图。
[0049] 图5为实例的位移加载时程。
[0050] 图6为实施例中自复位屈曲约束支撑各部分的滞回曲线。
[0051] 图7为实施例的累积塑性位移。
[0052] 图8为实施例的累积耗能。
[0053] 图9为实施例的受拉屈服力。
[0054] 图10为实施例的受压屈服力。
具体实施方式
[0055] 下面结合附图对被发明进行详细说明。本发明的自复位屈曲约束支撑的滞回性能 分析方法的流程图如图3所示。
[0056] 本发明详细步骤如下:
[0057] 1)建立自复位屈曲约束支撑概念模型:
[0058] 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;
[0059] 利用弹簧模拟自复位屈曲约束支撑各个部件的刚度特性,流变元件的位移模拟核 心板塑性位移:屈曲约束支撑部分采用弹簧1与流变元件并联再与弹簧〇串联模拟,k。和 h分别表示核心板初始弹性刚度和屈服后刚度,u。和up分别表示核心板弹性位移和塑性位 移,其中弹簧1的位移Ul等于核心板塑性位移up,匕和Fi表示屈曲约束支撑的力与塑性位 移产生的力;自复位部分采用弹簧SC来模拟,ks为自复位部分刚度,包括两阶段(自复位部 分启动前ksl为内外套管刚度与预应力筋刚度之和,启动后ks2为预应力筋刚度),us表示自 复位部分位移,Fs为自复位力,其中us与支撑总位移u相等;将上述屈曲约束支撑部分与自 复位部分叠加即可得到自复位屈曲约束支撑的概念模型,F为支撑总力,u为支撑总位移。
[0060] 2)通过支撑所用钢材材性试验、预应力筋材性试验和核心板循环往复试验确定自 复位屈曲约束支撑的如下参数::依据支撑设计需要考虑的最大层间位移确定支撑加载位 移时程u⑴,并把加载时间划分为η段,各时间点的支撑总位移u⑴=u(tj,i=l,2,…,n, 其中i为时间点编号;依据支撑构造确定核心板截面积A。和长度1。,内外套筒截面积Αιη、 ,长度1ιη、,预应力筋面积Ap,长度lp和初始预张力Fp;通过支撑所用钢材材性试验确 定钢材弹性模量E。,初始屈服应力fy。和抗拉极限屈服应力通过预应力筋材性试验确 定预应力筋弹性模量Ep;通过核心板循环往复试验确定核心板材料流动准则参数α和硬 化准则参数b,对于常用的国产Q235钢,可取值为:α+=〇. 6,α=〇. 4,b+=1.25,b=5。
[0061] 根据上述参数确定分析所需基本参数:核心板弹性刚度k^E。、/!。,屈服后刚度 4=0. 01k。;内套管刚度k2=EQAin/lin,外套管刚度kfEAut/Xut;预应力筋刚度kP=EPAP/1P;核 七、板初始屈服力FyQ=fyCIA。,受拉取大屈服力為r受压取大屈服力/^vmax=_-丨..1^1福.;
[0062]3)迭代求解第i个时间点的核心板塑性位移增量u,初始时取i=l,具体方法 为:
[0063] 如果上一时间点的支撑累积塑性变形p(i_l)=0,且上一时间点的屈曲约束支撑力 F0(i-1)小于强化后屈服力Fy(i-1),则表明核心板仍处于弹性受力状态,核心板塑性位移 增量为心(〇=0;否则表明核心板进入了塑性状态,采用下列步骤迭代求解核心板塑性位移 增量iU/!:
[0064] ①定义迭代初值:设定迭代变量j与塑性位移增量t:V(〇的迭代初值:j=l,
[0065]②在进行第j次迭代计算时:采用下式计算FQ(D(i)、F/D(i)、p(D(i)、Fy(])(i)
Figure CN103440383BD00091
[0071] ④判断u(/)iU=lx:ltr4是否满足:如满足则迭代终止,否则,令j=j+l, 回到第②步,转入下一次迭代,直至迭代终止条件满足;
[0072] ⑤迭代终止后,ί^(0即为求得的塑性位移增量%(/)的精确值
[0073]迭代求解后可同时得到第i个时间点屈曲约束支撑力的精确值FQ(i)=FQ(D⑴、核 心板累积塑性变形的精确值P(i)=P(D(i)、强化后屈服力的精确值Fy (i) =Fy(]) (i);
[0074]4)计算第i个时间点的自复位力Fs(i),自复位部分分为启动前和启动后两个阶 段,自复位力的计算也按两个阶段进行,具体方法为:
[0075] 如果支撑总位移u⑴小于或等于自复位部分启动位移ua=FP/ksl,则表明自复位部 分处于启动前阶段,此时自复位力匕(1)由式(4-1)求解:
[0076]Fs(i)=kslu(i) (4-1);
[0077] 否则,表明自复位部分处于启动后阶段,此时自复位力匕⑴由式(4-2)求解:
[0078]u(i) >ua时,Fs(i)=ks2(u⑴ _ua)+Fp (4-2)
[0079]u⑴ < _ua时,Fs ⑴=ks2(u⑴ +ua) -FP
[0080] 5)根据公式(5-1)计算第i个时间点的自复位屈曲约束支撑总力F(i):
[0081]F⑴=Fji)+Fdi) (5-1)
[0082] 然后判断是否满足i=n,若是,则表明位移加载完成,进入步骤6),否则令i=i+l, 返回步骤3),转入下一时间点的计算;
[0083] 6)绘制滞回性能曲线:基于循环分析结果,可绘制出支撑总力F与总位移u的关系 曲线(即滞回曲线),进行滞回性能分析,用于评估自复位屈曲约束支撑的耗能能力与自复 位能力。自复位屈曲约束支撑的滞回曲线具有明显的旗帜型特征,不但具有较好的耗能能 力,而且也明显减小甚至消除支撑体系的残余变形。曲线越饱满说明支撑的耗能能力越好, 残余变形越小说明支撑的自复位能力越好。同时,亦可绘制出核心板累积塑性变形P、强化 后屈服力Fy和屈曲约束支撑力F。、自复位力^在位移加载过程中的响应曲线,从而全面评 估自复位屈曲约束支撑的塑性变形能力以及各部件受力变化规律。
[0084] 本发明公开的自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法,可通过在通用程序编制 平台(如VisualC++、VisualBasic或MATLAB等)开发专用程序和软件来实现。程序可 分为五个模块:数据采集模块、前处理模块、计算模块、分析模块和后处理模块。
[0085] (1)数据采集模块
[0086] 将材性试验得到的屈曲约束支撑屈服应力,抗拉极限强度,弹性模量等转换为分 析所需的参数:核心板初始屈服力Fy。、核心板等向强化最大屈服力Fy_、初始预张力FP、 核心板弹性刚度k。、核心板屈服后刚度h、预应力筋弹性刚度kp、内套管刚度k2、外套管刚 度k3;自复位部分启动前初始刚度ksl=k2+k3+kp,启动后的刚度ks2=kp;支撑加载位移时程 u(t),把加载时间划分为η段,各时间点的支撑总位移11(:0=11(¾),i=l, 2,…,n,其中i为时 间点编号;定义核心板材料流动准则参数α和硬化准则参数b;为模拟实际支撑在受拉和 受压时响应的不对称性,上述参数中Fy_、α和b在支撑受拉和受压时取不同的值:支撑受 拉时记为仏,、α+和b+;支撑受压时记为、α和b;
[0087] (2)前处理模块:
[0088] 读取数据u(i)并进入计算模块,初始取i=l。
[0089] (3)计算模块:
[0090](3a)计算屈曲约束支撑的力F。:如核心板处于弹性阶段,则FQ(i)=kQu(i);如核 心板进入塑性阶段,且,则核心板处于弹性卸载阶段,此时\(/) 否则,按式 (3-1)~式(3-5)计算出塑性变形的增量心(〇,从而得到弹性位移uQ(i),FQ(i)=kQuQ(i);
[0091] (3b)计算SC系统的力Fs:当支撑位移小于启动位移ua=FP/ksl,则Fji)=ksliKi); 当内外套管相对滑动,且支撑受拉,则Fs⑴=ks2 (u⑴-ua) +FP;如支撑受压,则 Fs(i)=ks2(u(i)+ua)-FP〇
[0092] (4)分析模块:
[0093] 将计算模块得到的FQ(i)和Fs(i)相加得到自复位屈曲约束支撑的总力F(i),然 后判断是否满足i=n,若是,则表明位移加载完成,进入后处理模块,否则令i=i+l,返回计 算模块,转入下一时间点的计算;
[0094] (5)后处理模块:
[0095] 基于循环分析结果,可绘制出支撑总力F与总位移u的关系曲线(即滞回曲线), 用于评估自复位屈曲约束支撑的耗能能力与自复位能力。同时,亦可绘制出核心板累积塑 性变形P、强化后屈服力Fy、屈曲约束支撑力F。、自复位力匕和累积耗能等在位移加载过程 中的响应曲线,从而全面评估自复位屈曲约束支撑的塑性变形能力以及各部件受力变化规 律。
[0096] 实例具体如下:
[0097] 表1材性试验数据
[0098]
Figure CN103440383BD00101
[0099] 将表1的数据转换为分析所需的数据
[0100] 表2分析所需数据
[0101]
Figure CN103440383BD00111

Claims (2)

1. 一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法,其特征在于,该方法包括W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; 将一个第一弹黃与流变元件并联后再与一个第二弹黃串联,来模拟自复位屈曲约束 支撑的耗能部分,用所述第一弹黃的刚度来模拟核屯、板的屈服后刚度,用所述第二弹黃的 刚度来模拟核屯、板的初始弹性刚度,用所述流变元件的位移来模拟核屯、板屈服后的塑性位 移;用一个第Ξ弹黃来模拟自复位屈曲约束支撑的自复位部分,用所述第Ξ弹黃的刚度来 模拟自复位部分启动前的初始刚度和启动后的刚度; 2) 通过支撑所用钢材材性试验、预应力筋材性试验和核屯、板循环往复试验确定自复位 屈曲约束支撑的如下参数:支撑加载位移时程u(t)、核屯、板初始屈服力Fy。、核屯、板等向强 化最大屈服力Fymax、初始预张力Fp、核屯、板弹性刚度k。、核屯、板屈服后刚度ki、预应力筋弹性 刚度kp、内套管刚度k2、外套管刚度ks;自复位部分启动前初始刚度kd=k2+k3+kp,启动后 的刚度心2=kp;确定核屯、板材料流动准则参数α和硬化准则参数b,w及把加载时间划分 为η段后,各时间点的支撑总位移U(i) =U(ti),i= 1,2,…,n,其中i为时间点编号; 为模拟实际支撑在受拉和受压时响应的不对称性,核屯、板的等向强化最大屈服力Fym。、、材料流动准则参数α和硬化准则参数b在支撑受拉和受压时取不同的值:支撑受拉 时记为气Lax、α+和b+,支撑受压时记为^3-、、α、和b; 3) 计算第i个时间点的核屯、板塑性位移增量,初始时取i= 1,具体方法为: 如果上一时间点的支撑累积塑性变形p(i-l) = 0,且上一时间点的屈曲约束支撑力F〇(i-l)小于强化后屈服力Fy(i-l),则表明核屯、板仍处于弹性受力状态,核屯、板塑性位移 增量为i;,,(/)=();否则表明核屯、板进入了塑性状态,并利用式(3-1)计算核屯、板塑性位移增 量
Figure CN103440383BC00021
其中Fi(i)为屈曲约束支撑由于塑性位移产生的力,F〇(i)为屈曲约束支撑的力,Fy(i) 为屈曲约束支撑强化后的屈服力,分别根据式(3-2)、(3-3)和(3-4)计算得到,其中Fc(i) 的初始值为0,Fy(i)的初始值为核屯、板初始屈服力,即Fy(0) =FyO:
Figure CN103440383BC00022
其中&(/)为屈曲约束支撑的力增量,Ui(i)为第一弹黃的位移,Up(i)为流变元件的位 移,且UiW=Up(i),第i个时间点的支撑累积塑性变形增量户(/)根据式(3-ί5)计算: /nO= |w"(〇| 口-5), 则第i个时间点的支撑累积塑性变形取贷=W) +如-1),支撑累积塑性变形的初始值 为P(0) = 0; 4) 计算第i个时间点的自复位力Fs(i),具体方法为: 自复位部分的位移Ug与支撑总位移U相等,如果支撑总位移U(i)小于或等于自复位部 分启动位移11。=FpAd,则表明自复位部分处于启动前阶段,此时自复位力Fg(i)由式(4-1) 求解: Fs(i) =ksiU(i) (4-1); 否则,表明自复位部分处于启动后阶段,此时自复位力Fs(i)由式(4-2)求解: u(i) >Ua时,Fs(i) =ks2(u(i)-Ua)+Fp (4-2); u(i) <-Ua时,Fs(i) =ks2(u(i)+Ua)-Fp 5) 根据公式巧-1)计算第i个时间点的自复位屈曲约束支撑总力F(i): F(i) =F〇a)+Fsa) 巧-1) 然后判断是否满足i=n,若是,则表明位移加载完成,进入步骤6),否则令i=i+1,返 回步骤3),转入下一时间点的计算; 6) 绘制出用于评估自复位屈曲约束支撑耗能能力与自复位能力的支撑总力F与总位 移U滞回曲线,然后进行滞回性能分析。
2.根据权利要求1所述自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法,其特征在于, 所述步骤2)中:支撑加载位移时程u(t)依据支撑设计需要考虑的最大层间位移确定, 依据支撑构造确定核屯、板截面积A。和长度1。、内套筒截面积Am、外套筒截面积A。。,、内套筒 长度Im、外套筒长度Ut,预应力筋面积Ap、初始预张力Fp和预应力筋长度1P;通过支撑所 用钢材材性试验确定钢材弹性模量E。、初始屈服应力fy。、抗拉极限屈服应力據W;通过预 应力筋材性试验确定预应力筋弹性模量Ep;然后通过W上参数,确定核屯、板弹性刚度k。=E〇A〇/l〇,屈服后巧IJ度ki= 0. 01k0,内套管刚度k2=E〇Ain/lin,夕F套管刚度k3=E〇A"ut/U,预 应力筋刚度kp= E pAp/lp,核屯、板初始屈服力Fyn=fynA。,受拉最大屈服力巧=/占,受 压最大屈服力巧胃=1·1巧胃;支撑加载位移时程U(t)依据支撑设计需要考虑的最大层间 位移确定;核屯、板材料流动准则参数α和硬化准则参数b通过核屯、板循环往复试验确定。
CN201310391960.0A 2013-09-02 2013-09-02 一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法 Active CN103440383B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310391960.0A CN103440383B (zh) 2013-09-02 2013-09-02 一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310391960.0A CN103440383B (zh) 2013-09-02 2013-09-02 一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103440383A CN103440383A (zh) 2013-12-11
CN103440383B true CN103440383B (zh) 2016-01-13

Family

ID=49694076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310391960.0A Active CN103440383B (zh) 2013-09-02 2013-09-02 一种自复位屈曲约束支撑的滞回性能分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103440383B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103615054B (zh) * 2013-11-29 2015-10-21 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 一种基于区格剪切变形的屈曲约束支撑布置方法
CN104881576B (zh) * 2015-05-15 2017-12-26 中国电力科学研究院 轴心受压构件的弹塑性屈曲荷载的计算方法
CN107036883B (zh) * 2017-05-15 2019-12-03 西南交通大学 道床纵向阻力滞回性能测试模型建立装置、方法及系统
CN111351622B (zh) * 2020-03-11 2020-11-27 东南大学 一种基于遗传算法的铅芯橡胶支座恢复力模型参数识别方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120106013A (ko) * 2011-03-17 2012-09-26 한국전력기술 주식회사 캐드 데이터 변환기, 이를 이용한 3차원 캐드 모델링 시스템 및 이를 이용한 3차원 배관의 설계방법
CN103088933A (zh) * 2013-01-17 2013-05-08 中南大学 一种具有大震保护功能的协同耗能防屈曲支撑构件

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120106013A (ko) * 2011-03-17 2012-09-26 한국전력기술 주식회사 캐드 데이터 변환기, 이를 이용한 3차원 캐드 모델링 시스템 및 이를 이용한 3차원 배관의 설계방법
CN103088933A (zh) * 2013-01-17 2013-05-08 中南大学 一种具有大震保护功能的协同耗能防屈曲支撑构件

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一字形全钢防屈曲支撑耗能性能试验研究;严红 等;《建筑结构学报》;20121130(第11期);第142-149页 *
屈曲约束支撑核心单元的多波屈曲过程研究;吴京 等;《工程力学》;20120831(第8期);第136-142页 *
屈曲约束支撑研究进展综述;王凤欣 等;《河北工程大学学报(自然科学版)》;20121231(第4期);第28-31页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103440383A (zh) 2013-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. On the Ohno–Wang kinematic hardening rules for multiaxial ratcheting modeling of medium carbon steel
Pelà et al. An orthotropic damage model for the analysis of masonry structures
Lu et al. Earthquake-induced collapse simulation of a super-tall mega-braced frame-core tube building
Choi et al. Energy-based seismic design of buckling-restrained braced frames using hysteretic energy spectrum
Jiang et al. Calibration of the continuous surface cap model for concrete
Haddag et al. Investigation of advanced strain-path dependent material models for sheet metal forming simulations
Orakcal et al. Flexural modeling of reinforced concrete walls-model attributes
Wang et al. CFRP-confined square RC columns. II: Cyclic axial compression stress-strain model
Sáez et al. Effect of the inelastic dynamic soil–structure interaction on the seismic vulnerability assessment
Pires et al. Numerical modelling of ductile plastic damage in bulk metal forming
Uriz et al. Model for cyclic inelastic buckling of steel braces
Pirmoz et al. Moment–rotation behavior of bolted top–seat angle connections
Lee et al. Elastoplastic large deformation analysis of a lattice steel tower structure and comparison with full-scale tests
McCormick et al. Seismic vibration control using superelastic shape memory alloys
He et al. Convergence analysis of a finite element method based on different moduli in tension and compression
Lignos et al. Development and utilization of structural component databases for performance-based earthquake engineering
Ling et al. Parametric studies on the behavior of reinforced soil retaining walls under earthquake loading
Yoshida et al. A model of large-strain cyclic plasticity and its application to springback simulation
Li et al. Stochastic damage model for concrete based on energy equivalent strain
Rahnavard et al. Investigating modeling approaches of buckling-restrained braces under cyclic loads
Taherizadeh et al. Evaluation of advanced anisotropic models with mixed hardening for general associated and non-associated flow metal plasticity
Esmaeily et al. Behavior of reinforced concrete columns under variable axial loads: analysis
Mansour et al. Behavior of reinforced concrete elements under cyclic shear. II: Theoretical model
Mahmoud et al. Hybrid simulation for earthquake response of semirigid partial-strength steel frames
Sharma et al. A new model to simulate joint shear behavior of poorly detailed beam–column connections in RC structures under seismic loads, Part I: Exterior joints

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
GR01 Patent grant
C14 Grant of patent or utility model
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 210093 Nanjing University Science Park, 22 Hankou Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee after: Southeast University

Address before: 211103 No. 5 Runfa Road, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee before: Southeast University

CP02 Change in the address of a patent holder