陳文龍

(山西八建集團有限公司，山西太原 030027)

索結(jié)構(gòu)約束支撐在某項目中的應用

陳文龍

(山西八建集團有限公司，山西太原 030027)

介紹了索結(jié)構(gòu)約束支撐的特點與設計原則，并通過ANSYS有限元軟件，進行了彈性屈曲分析與滯回分析，指出將索結(jié)構(gòu)約束支撐應用在某項目中，達到了承載力高、結(jié)構(gòu)輕盈的效果。

索結(jié)構(gòu)約束支撐，滯回分析，約束比，承載力

1 工程概況

索結(jié)構(gòu)約束支撐首次被應用于某項目中，在支撐豎向荷載的同時，主要用于減少溫度應力與消能減震的目的。在主門入口處對稱設置6根索撐型屈曲約束支撐(見圖1)，達到減少用鋼量，提高整體結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。屈曲約束支撐會減小用鋼量，截面更加經(jīng)濟，在地震中起到了“保險絲”的作用，可作為抗震設計的第一道防線首先進入屈服耗能，從而可大大減小主體框架結(jié)構(gòu)的損壞，同時方便進行更換，維修成本低，經(jīng)濟效益好。防屈曲支撐的布置原則:使兩個方向的振動頻率相近，在高度方向不出現(xiàn)剛度突變，滿足規(guī)范的層間位移角限值。

2 索桁架約束的防屈曲支撐介紹

索桁架約束的防屈曲支撐外圍約束由外筒約束構(gòu)件與索撐體系組成，外筒為普通防屈曲支撐的組成部分，索撐體系附加在外筒之上起到增大外筒抗彎剛度的作用。特別當支撐較長時，可有效提高其整體穩(wěn)定承載力，獲得纖細與美觀的建筑效果，特別適用于體育館等結(jié)構(gòu)需要設置外露支撐的建筑中。

3 關鍵設計原則

索結(jié)構(gòu)約束支撐位于鋼結(jié)構(gòu)主門中間的內(nèi)核，屈服荷載為2 000 kN，支撐長度為28.970 m。位于兩側(cè)的內(nèi)核屈服荷載分別為1 600 kN和1 528 kN，構(gòu)件長度分別為25.997 m和25.945 m。防屈曲支撐的設計首先從結(jié)構(gòu)整體設計與分析開始，由恒荷載、活荷載、風荷載或小震作用的最不利內(nèi)力組合獲得防屈曲支撐的內(nèi)力設計值，接著從構(gòu)件設計層次，依據(jù)構(gòu)件的內(nèi)力設計值確定內(nèi)核截面面積和截面類型，并據(jù)此完成外圍約束構(gòu)件的設計以達到內(nèi)核構(gòu)件不屈曲的目的。支撐兩端固接，一端與屋面單層鋼架連接，另一端與分叉柱節(jié)點連接，采用法蘭連接的方式。

圖1 屈曲約束支撐布置圖（黑色構(gòu)件為索撐型屈曲約束支撐）

圖2 屈曲約束構(gòu)件有限元模型

圖3 屈曲形式

圖4 構(gòu)件的滯回曲線

4 結(jié)構(gòu)計算模型

計算基于通用有限元軟件ANSYS15.0。內(nèi)核、等效約束筒、彈性筒、撐桿和系桿采用Beam188單元模擬;拉索采用只拉不壓Link180單元模擬。耦合內(nèi)核與等效約束筒在同一截面處的側(cè)向位移，來模擬內(nèi)核與約束筒間的相互約束作用(見圖2)。

5 控制性結(jié)果

5.1 約束比ζ

對不同形式的屈曲約束支撐和支撐的不同設計目標，約束比ζ有不同的取值，但至少應滿足ζ≥1的要求。數(shù)值分析包括單向軸壓和滯回分析，從而驗證構(gòu)件是否符合要求。采用約束比控制和有限元方法相結(jié)合的方式設計索撐型屈曲約束支撐。內(nèi)核兩端鉸接進行彈性屈曲分析，得其彈性屈曲荷載，進而得到其約束比:ζ=1.35≥1。屈曲形式有單波對稱屈曲和雙波反對稱屈曲兩種形式(見圖3)。

5.2 滯回分析

在支撐兩端固接條件下，按一定的加載制度進行滯回分析，如圖4所示，曲線飽滿，無捏攏現(xiàn)象，滿足滯回耗能的要求。

以中部的三根索為示意，在滯回過程中，索力的變化如圖5所示。

加載完成后vonMises應力圖如圖6所示。

圖6 加載完后的vonMises應力圖

6 結(jié)語

1)索結(jié)構(gòu)約束支撐適合超長支撐，支撐長度不受長細比限制，中心外筒截面較小，與其他結(jié)構(gòu)連接靈活，可以剛接也可以鉸接。2)通過控制外筒截面，解決了一定結(jié)構(gòu)剛度下溫度應力無止境上漲。3)經(jīng)過彈性屈曲分析、滯回分析及承載力分析，實現(xiàn)這一承載力高，結(jié)構(gòu)輕盈的效果。

The application of cable structure constraint in a project

Chen Wenlong
(Shanxi 8th Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030027，China)

The paper introduces the features and design principle of the restrained support at the cable structure，undertakes the elastic buckling analysis and hysteresis analysis with the ANSYS finite element software，and points out the restrained brace at the cable structure can be adopted in some program，so as to achieve higher loading capacity with light structure.

restrained brace at cable structure，hysteresis analysis，constraint ratio，loading capacity

TU352

:A

1009-6825(2016)36-0050-02

2016-10-20

陳文龍(1976-)，男，工程師