带斜撑组合结构屈曲约束支撑的研究摘 要：屈曲约束支撑（BRB）是一种有着优良的滞回性能以及能量耗散能力的 支撑体系，问世不久便逐渐应用到组合结构中，本文介绍了屈曲约束支撑的基本 原理，并利用有限元程序对其屈曲承载力进行了分析，计算表明，屈曲约束支撑 的承载力相比于传统斜撑的承载力有显著的提高关键词：组合结构 斜撑 屈曲约束支撑1前言组合结构在中震和强震时，传统中心支撑框架系统的斜撑由于受压，很容易 发生屈曲而使结构破坏，图1是几种常见的中心支撑框架斜撑的屈曲不利于耗 散地震波传到结构的能量，所以传统中心支撑框架系统结构抗震较差为了解决 传统斜撑受压屈曲的问题，相关学者经过多年研究，研制出一种可避免屈曲的支 撑，称为屈曲约束支撑 BRB（bucklingrestrainedbraces）［i］V形支撑倒V形支撑K形支撑X形支撑对角支撑图1常见的中心支撑框架2屈曲约束支撑的基本原理尽管目前屈曲约束支撑的形式很多，但基本原理（如图2所示）都大同小异， 屈曲约束支撑中心是芯材，材料一般为屈服钢或者碳钢，芯材外面套有外围约束， 一般为钢制套管，把混凝土或砂浆灌注在钢制套管与芯材之间这样一来，对于 芯材可以形成有效的侧向约束，从而很好地避免了斜撑受压时的整体屈曲。
考虑 到芯材的泊松效应受压会产生侧向的膨胀，所以，在芯材与混凝土或者砂浆之间 设有无粘结可膨胀的填充材料，或者留有间隙非常狭小的空气层⑵可屈服的芯材混凝土或砂浆图2屈曲约束支撑原理图⑶芯材和混凝土间 的无粘结材料钢制套管3屈曲约束支撑承载力有限元分析本文中分析仅考虑圆管截面采用ANSYS进行分析［4］具体截面样式采取如 图3所示具体参数见表1内外套管之间涂脂类涂料，使得管壁之间的摩擦系数为零，外管仅对内管提 供法向面内约束内管两端为加载端具体尺寸参见图4图4模型具体尺寸芯材单元选择为SOLID185，外套筒单元选择为SOLID45，接触目标面单元 TARGE170，接触面单元CONTA174，对外套筒约束柱所有节点的沿杆纵轴的位 移（UZ），内套筒底部仅约束为UX，UY，UZ，即考虑为铰接，在芯材的另一 端加载，有限元模型如图5所示图5屈曲约束支撑有限元模型为了进一步考察此种屈曲约束支撑的力学特性，下面按两种不同的约束机制 进行考察：（1） 两端芯材（露在外套筒外）：不采取任何约束（称作BRB_1）；（2） 两端芯材（露在外套筒外）：约束UX，UY向位移（即：径向约束），称作BRB_2；本算例属于接触非线性问题，计算模型以及振型如图6所示，各阶振型所对 应的屈曲荷载系数见表2。
图6 （a） BRB_1计算模型图6 （b） BRB_2计算模型图6 （c） BRB_1第1阶振型 图6 （d） BRB_2第1阶振型图6 （g） BRB_1第5阶振型 图6 （h） BRB_2第5阶振型表2各阶振型对应的屈曲荷载系数振型12345BRB_1屈曲荷载系数324232528948914911143BRB_2屈曲荷载系数19914263932639726482264834结论模型BRB_1的临界屈曲荷载系数为3242，由上述的模态分析中可知，由于 外管对内管（芯材）的约束作用，使得两端成为薄弱部位，第1阶振型发生顶部 加载端压曲现象，第3阶振型不仅发生顶部压曲现象，而且在约束管内部也发生 屈曲计算表明，这种基于双套管的的屈曲约束支撑比纯粹只用圆管截面的杆件 承载力大约提高2-3倍同时，也可以从中改进设计方案，可以在芯材管内部施 加断裂口，以形成初始的缺陷，这样，可以保证在外套管内部发生屈曲，从而避 免在端部发生屈曲模型BRB_2的临界屈曲荷载系数为19914，是BRB_1的大6.1倍在工程 设计与运用中，基于此分析，将芯材中的非屈服端进行约束，以防止局部薄弱层 屈曲的发生，从而可以提高临界屈曲荷载。
模型BRB_2的前5阶振型都发生在 芯材屈服端，这是我们所乐于看到的由于钢材的弹性模量比混凝土高，所以钢 套管对于核心构件的约束比混凝土更加有效，因而比混凝土约束更易防止局部屈 曲的产生有限元模型均为理想模型，而试验中的支撑都有不可避免的初始缺陷 （如初弯曲、核心构件材质不均匀等），这将降低支撑的屈曲荷载参考文献：[1] 汪家铭，中岛正爱.屈曲约束支撑体系的应用与研究进展（I）[J].建筑钢结构 进展,2005[2] 陈国，王家华，董欢欢.屈曲约束支撑在建筑改造工程中的应用[J].改扩建工 程,2012[3] 罗树青,邓长根，牛化宪.抑制屈曲支撑的稳定研究[J].华东船舶工业学院学 报,2005[4] 王秀丽，陈明.一种适用于杆系结构的屈曲约束支撑的有限元分析[J].兰州理 工大学学报,2007。