碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

摘要

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题，提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑（Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB）.DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力，通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量.介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型.建立有限元模型，研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响.研究结果表明：提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好，所有DT-SCB支撑在最大加载位移（2.5%轴向应变）内未发生明显破坏，支撑滞回曲线呈旗帜型特征，且具有稳定的耗能能力.相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑，DT-SCB具有更强的变形能力. DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小，而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果.钢绞线与碟簧组刚度比过大（K1≥2.0）会导致碟簧组提前被压平，进而降低支撑的变形能力. DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大，其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低.罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明，DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角，提高结构抗震性能.

关键词

自复位防屈曲支撑 / 碟簧 / 钢绞线 / 数值模拟 / 滞回性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目（51978213,51908108）; 黑龙江省自然科学基金资助项目（LH2022E005）; 国家大学生创新创业训练计划项目（20220225273）