[发明专利]一种免维护钢-复合材料屈曲约束支撑的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于屈曲约束支撑技术领域，尤其涉及一种免维护钢-复合材料屈曲约束支撑的设计方法。

背景技术

日本和美国是开展结构控制体系研究较早的国家，屈曲约束支撑的完整构件最早出现在日本，当时按支撑的组成特点称之位无粘结支撑，在1981年印度也进行过相关研究。

美国自北岭地震后开始在工程中应用这种支撑，并按支撑的受力特点称之为Buckling restrained Brace（简称BRB），美国的研究虽然较晚，但依托其经济和技术等优势发展迅速，自1998年以来，在其高烈度地震区，犹他州、俄勒冈州、加州等地区将屈曲约束支撑用于多处新建工程和抗震加固工程，在理论分析和试验研究的基础上，2001年由北加州结构工程师协会联合美国钢结构协会和加州结构工程师协会，特别针对屈曲约束支撑编制了推荐规定条文，该条文在2003年被联邦应急管理局（FEMA）纳入其抗震规定FEMA450中，对屈曲约束的构件和结构体系，加拿大、新西兰、韩国以及我国台湾地区也有工程应用的记录，目前对屈曲约束支撑的研究基本是采取试验的手段。

屈曲约束支撑构件广泛应用于国外办公、医院、学校、市政、体育场馆等系列工程中，应用工程总数量超过五百项，其在国内应用处于初期发展阶段，但已经有了可喜进展，2005年开始我国在台湾、北京、上海、西安与太原等地也有十几幢建筑整体或局部采用了屈曲约束支撑构件，汶川地震发生后，国内对抗震安全问题高度重视，屈曲约束支撑作为一种高效与经济的减震装置，发展潜力十分巨大，屈曲约束支撑在国内的研究刚刚开始，《建筑抗震设计规范》（GB5001-2010）中隔震与消能减震部分的内容缺少对于屈曲约束支撑以及支撑框架体系的设计与计算的具体规定，产品标准尚处于空白，为适应工程需要，在相关标准中纳入屈曲约束支撑的相关技术将为期不远。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种免维护钢-复合材料屈曲约束支撑的设计方法，旨在解决屈曲约束支撑作为一种高效与经济的减震装置，在钢塔架结构和桥梁结构上的研究与应用缺乏的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种免维护钢-复合材料屈曲约束支撑的设计方法,该免维护钢-复合材料屈曲约束支撑的设计方法包括以下步骤：

步骤一，根据结构内力分析，确定新型免维护钢-复合材料屈曲约束支撑内芯受力单元的截面积；

步骤二，计算新型免维护钢-复合材料屈曲约束支撑内芯受力单元的屈服荷载和屈曲约束支撑的极限荷载；

步骤三，确定GFRP约束单元的截面尺寸；

步骤四，确定伸缩节的形式与尺寸；

步骤五，根据屈曲约束支撑的极限荷载计算支撑连接段。

进一步，在步骤一中，支撑内芯受力单元所需截面积其中A_re为支撑内芯受力单元所需截面积，P_f为支撑构件所受轴力，f_y为支撑内核钢芯的名义屈服应力。

进一步，在步骤二中，内芯受力单元轴向受拉受压的屈服荷载F_yx=A_n×f_y，其中f_y为内芯受力单元的名义屈服强度或由材性试验实测的屈服应力；A_n为内芯受力单元的净截面面积。

进一步，在步骤二中，极限荷载其中Ω为钢材的超强系数，ω为材料应变强化系数，为支撑脱层不完全系数。

进一步，在步骤三中，约束单元的截面惯性矩I的要求为：

其中E为GFRP约束单元的弹性模量；l为约束单元的长度；ξ为约束比。

进一步，在步骤四中，伸缩节的刚度取支撑进入非线性阶段时刚度的1/100。

进一步，在步骤五中，支撑连接段的设计荷载需满足0.9A_if_y≥F_max，其中F_max为支撑的极限荷载，A_i为支撑连接段的有效面积，f_y为支撑内芯受力单元的名义屈服应力。

进一步，免维护钢-复合材料屈曲约束支撑装置包括:GFRP约束单元、伸缩节、支撑连接段、支撑内核钢芯、限位卡；

伸缩节设置在支撑连接段的两端，限位卡设置在支撑内核钢芯的中间，GFRP约束单元包围支撑约束的支撑内核钢芯。