屈曲約束支撐賦能輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的減震效能剖析一、引言1.1研究背景與意義1.1.1輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著城市化進(jìn)程的加速和土地資源的日益緊張，對既有建筑進(jìn)行改造和功能拓展成為建筑領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)憑借其獨特的優(yōu)勢，在這一背景下得到了廣泛應(yīng)用。它具有自重輕、施工速度快、工業(yè)化程度高、環(huán)保節(jié)能等特點，能夠有效解決老舊建筑空間不足、功能落后等問題，為城市更新和建筑可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。在老舊建筑改造中，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)可以在不拆除原有建筑的基礎(chǔ)上，增加使用面積，提升建筑的使用功能。例如，將既有住宅加層，滿足家庭人口增長的居住需求；對舊辦公樓進(jìn)行加層改造，為企業(yè)提供更多的辦公空間。同時，在一些公共建筑中，如學(xué)校、醫(yī)院等，通過輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可以快速擴(kuò)充教學(xué)、醫(yī)療設(shè)施，提高公共服務(wù)水平。此外，在商業(yè)建筑領(lǐng)域，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)對既有商場、店鋪的改造升級，滿足商業(yè)業(yè)態(tài)發(fā)展的需求。輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。一方面，相比于拆除重建，加層改造能夠節(jié)省大量的拆除費(fèi)用、建筑垃圾處理費(fèi)用以及重建所需的時間和資金成本；另一方面，通過合理的設(shè)計和施工，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)可以提高建筑的能源效率，減少對環(huán)境的影響，符合綠色建筑發(fā)展的理念。隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對建筑品質(zhì)要求的提高，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在未來的建筑領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。1.1.2屈曲約束支撐的應(yīng)用前景地震是一種極具破壞力的自然災(zāi)害，對建筑結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，各種抗震技術(shù)和措施不斷涌現(xiàn)，屈曲約束支撐作為一種新型的耗能減震構(gòu)件，在抗震結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要地位。屈曲約束支撐由核心單元、約束單元和脫層單元組成，其工作原理是通過核心單元的屈服變形來耗散地震能量，同時約束單元可以有效防止核心單元在受壓時發(fā)生屈曲，使其在受拉和受壓狀態(tài)下都能充分發(fā)揮耗能作用。與傳統(tǒng)的支撐構(gòu)件相比，屈曲約束支撐具有以下顯著優(yōu)勢：一是具有穩(wěn)定的滯回性能和良好的耗能能力，能夠在地震作用下迅速消耗能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；二是可以提供較大的抗側(cè)剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；三是布置靈活，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點和抗震需求進(jìn)行合理設(shè)置。在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用屈曲約束支撐，能夠有效提升結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)自身的特點，其在地震作用下的抗側(cè)剛度相對較弱，容易發(fā)生較大的變形。而屈曲約束支撐的加入，可以為結(jié)構(gòu)提供額外的剛度和阻尼，限制結(jié)構(gòu)的變形，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。特別是在高烈度地震區(qū)，屈曲約束支撐的應(yīng)用對于保障輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的安全具有至關(guān)重要的作用。此外，隨著建筑結(jié)構(gòu)向大跨度、高層化方向發(fā)展，對結(jié)構(gòu)的抗震性能要求越來越高，屈曲約束支撐作為一種高效的抗震構(gòu)件，其應(yīng)用前景也將更加廣闊。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀國外對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的研究起步較早，在結(jié)構(gòu)設(shè)計理論、施工技術(shù)和工程應(yīng)用等方面積累了豐富的經(jīng)驗。在設(shè)計理論方面，歐美等國家的學(xué)者通過大量的試驗研究和數(shù)值模擬，建立了較為完善的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，考慮了結(jié)構(gòu)的非線性行為、節(jié)點連接性能以及地震作用下的動力響應(yīng)等因素。例如，美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會（AISC）制定的相關(guān)規(guī)范，對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和驗收等環(huán)節(jié)提供了詳細(xì)的指導(dǎo)。在施工技術(shù)方面，國外已經(jīng)實現(xiàn)了輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的工業(yè)化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化施工，采用先進(jìn)的預(yù)制裝配技術(shù)，大大提高了施工效率和質(zhì)量。一些國家還研發(fā)了新型的連接節(jié)點和施工工藝，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。國內(nèi)對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的研究也取得了顯著進(jìn)展。近年來，隨著國內(nèi)建筑行業(yè)對節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重視，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，受到了廣泛關(guān)注。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)針對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、抗震性能、防火性能等方面展開了深入研究。通過試驗研究和理論分析，揭示了輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的受力機(jī)理和破壞模式，提出了相應(yīng)的設(shè)計建議和構(gòu)造措施。同時，國內(nèi)也積極引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)實際情況，制定了一系列相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）等，為輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工提供了依據(jù)。1.2.2屈曲約束支撐的研究現(xiàn)狀屈曲約束支撐的研究最早始于日本，20世紀(jì)70年代，日本學(xué)者為解決傳統(tǒng)支撐受壓屈曲問題，開始研發(fā)屈曲約束支撐。經(jīng)過多年的研究和試驗，日本在屈曲約束支撐的理論研究、產(chǎn)品開發(fā)和工程應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。他們對屈曲約束支撐的力學(xué)性能、滯回性能、疲勞性能等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，開發(fā)出多種類型的屈曲約束支撐產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)中。例如，日本在阪神地震后，大量建筑采用屈曲約束支撐進(jìn)行抗震加固，取得了良好的效果。美國、歐洲等國家和地區(qū)也對屈曲約束支撐展開了深入研究。美國在屈曲約束支撐的設(shè)計理論、試驗方法和工程應(yīng)用方面取得了重要成果，制定了相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。歐洲的一些研究機(jī)構(gòu)通過試驗和數(shù)值模擬，對屈曲約束支撐在不同結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，為其推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。國內(nèi)對屈曲約束支撐的研究起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。許多高校和科研單位開展了屈曲約束支撐的相關(guān)研究，包括支撐的力學(xué)性能試驗、理論分析、設(shè)計方法和工程應(yīng)用等方面。通過試驗研究，掌握了屈曲約束支撐的工作機(jī)理和滯回性能，提出了適合國內(nèi)工程應(yīng)用的設(shè)計方法和構(gòu)造要求。同時，國內(nèi)也開始生產(chǎn)和應(yīng)用屈曲約束支撐，在一些新建建筑和既有建筑抗震加固工程中取得了良好的效果。1.2.3研究現(xiàn)狀的不足與空白盡管國內(nèi)外在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)和屈曲約束支撐的研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)方面，對于復(fù)雜地形和地質(zhì)條件下的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)研究還不夠深入，缺乏針對性的解決方案。此外，在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)與原有建筑的連接節(jié)點性能研究方面，雖然取得了一些進(jìn)展，但仍需要進(jìn)一步完善，以確保連接節(jié)點在各種荷載作用下的可靠性和穩(wěn)定性。在屈曲約束支撐方面，目前的研究主要集中在支撐本身的力學(xué)性能和滯回性能上，對于屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的機(jī)理和性能研究還相對較少。如何優(yōu)化屈曲約束支撐在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的布置方式，使其更好地發(fā)揮抗震作用，還需要進(jìn)一步深入研究。同時，屈曲約束支撐的耐久性和維護(hù)問題也需要引起重視，目前這方面的研究還比較薄弱。此外，對于帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在實際工程中的應(yīng)用案例分析和經(jīng)驗總結(jié)還不夠全面，缺乏系統(tǒng)性的研究。這對于該結(jié)構(gòu)體系的推廣應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展具有一定的制約作用。因此，有必要加強(qiáng)對帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的綜合研究，填補(bǔ)現(xiàn)有研究的空白，為其在實際工程中的應(yīng)用提供更加堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入探究屈曲約束支撐在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的減震性能，為該結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化設(shè)計和工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，具體目標(biāo)如下：揭示協(xié)同工作機(jī)理：通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究等方法，深入剖析屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作機(jī)理，明確屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)體系中的受力特點和作用機(jī)制。優(yōu)化支撐布置方案：基于結(jié)構(gòu)抗震性能要求，研究屈曲約束支撐在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的合理布置方式，建立優(yōu)化設(shè)計方法，提高結(jié)構(gòu)的抗震效率和經(jīng)濟(jì)性。評估減震效果：綜合考慮不同地震波輸入、結(jié)構(gòu)參數(shù)變化等因素，全面評估帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的減震效果，包括結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)、加速度響應(yīng)和構(gòu)件內(nèi)力等，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供量化指標(biāo)。提出設(shè)計建議和規(guī)范：根據(jù)研究成果，提出適用于帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計建議和構(gòu)造措施，為工程實踐提供參考依據(jù)，并為相關(guān)規(guī)范的完善提供技術(shù)支持。圍繞上述研究目標(biāo)，本研究將開展以下內(nèi)容的研究：屈曲約束支撐的力學(xué)性能研究：對屈曲約束支撐的力學(xué)性能進(jìn)行深入研究，包括支撐的屈服荷載、極限荷載、滯回性能、耗能能力等，分析不同參數(shù)（如芯材材料、截面尺寸、約束形式等）對支撐力學(xué)性能的影響。通過試驗研究和數(shù)值模擬，建立屈曲約束支撐的力學(xué)性能模型，為其在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的抗震性能研究：對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行分析，研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)特性，包括結(jié)構(gòu)的自振周期、振型、地震力分布等。分析結(jié)構(gòu)的薄弱部位和破壞模式，評估結(jié)構(gòu)的抗震能力。通過對比有無屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，明確屈曲約束支撐對結(jié)構(gòu)抗震性能的提升作用。屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)協(xié)同工作性能研究：研究屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點性能，確保節(jié)點在地震作用下的可靠性和傳力性能。通過數(shù)值模擬和試驗研究，分析屈曲約束支撐與結(jié)構(gòu)框架之間的協(xié)同工作性能，包括支撐與框架的變形協(xié)調(diào)、內(nèi)力分配等。建立考慮屈曲約束支撐與結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的分析模型，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析提供準(zhǔn)確的方法。屈曲約束支撐在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的布置優(yōu)化研究：基于結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)，研究屈曲約束支撐在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的布置優(yōu)化方法?？紤]結(jié)構(gòu)的受力特點、地震作用方向、建筑功能要求等因素，建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用優(yōu)化算法求解最佳的支撐布置方案。通過對比不同布置方案下結(jié)構(gòu)的抗震性能，驗證優(yōu)化方法的有效性和可行性。帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)工程案例分析：選取實際工程案例，對帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計、施工和監(jiān)測。分析工程案例中結(jié)構(gòu)的抗震性能和減震效果，總結(jié)工程實踐經(jīng)驗，為同類工程提供參考。對工程案例中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，提出改進(jìn)措施和建議，進(jìn)一步完善帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工技術(shù)。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用數(shù)值模擬、理論分析和案例研究等多種方法，確保研究的全面性和深入性。在數(shù)值模擬方面，利用專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件，如ABAQUS、SAP2000等，建立帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)模型。通過輸入不同的地震波，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，分析結(jié)構(gòu)的位移、加速度、內(nèi)力等參數(shù)的變化情況。同時，通過改變模型中的參數(shù)，如屈曲約束支撐的布置方式、數(shù)量、截面尺寸等，研究其對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。數(shù)值模擬能夠快速、準(zhǔn)確地獲取大量的數(shù)據(jù)，為結(jié)構(gòu)性能分析提供有力支持。理論分析則是基于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)和抗震理論等相關(guān)知識，對帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的受力性能和抗震機(jī)理進(jìn)行深入研究。推導(dǎo)結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算公式，分析屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作原理，建立結(jié)構(gòu)的抗震分析理論模型。理論分析能夠從本質(zhì)上揭示結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，為數(shù)值模擬和試驗研究提供理論基礎(chǔ)。案例研究選取實際工程中的帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)項目，對其設(shè)計、施工和使用情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析。通過現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，獲取結(jié)構(gòu)在實際運(yùn)行中的性能數(shù)據(jù)，與數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果進(jìn)行對比驗證。案例研究能夠真實反映結(jié)構(gòu)在實際工程中的應(yīng)用效果，為研究成果的工程應(yīng)用提供實踐依據(jù)。本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示：首先，通過對國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀的調(diào)研，明確研究目標(biāo)和內(nèi)容，確定研究方法。其次，開展屈曲約束支撐的力學(xué)性能研究和輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的抗震性能研究，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。然后，深入研究屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能，以及屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的布置優(yōu)化方法。最后，通過工程案例分析，驗證研究成果的有效性和可行性，并提出帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計建議和構(gòu)造措施。[此處插入技術(shù)路線圖1-1]二、屈曲約束支撐與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)概述2.1屈曲約束支撐工作機(jī)制與性能2.1.1構(gòu)造組成屈曲約束支撐主要由核心單元、約束單元、滑動機(jī)制和連接節(jié)點四個關(guān)鍵部分組成，各部分相互協(xié)作，共同保障支撐在結(jié)構(gòu)中的有效作用。核心單元作為屈曲約束支撐的主要受力部件，通常選用鋼材制造，包括低屈服點鋼材、普通鋼材以及特種鋼材等。其截面形狀豐富多樣，常見的有一字形、十字形和工字形等。不同的截面形式適用于不同的工程需求，一字形截面加工相對簡單，適用于跨度較小、對支撐布置空間要求較低的結(jié)構(gòu)；十字形截面在兩個方向上的力學(xué)性能較為均衡，能較好地承受雙向荷載；工字形截面則具有較高的抗彎剛度，適用于大跨度結(jié)構(gòu)，可有效抵抗較大的彎矩作用。核心單元在軸向力作用下發(fā)生屈服耗能，通過反復(fù)的拉伸和壓縮變形來吸收地震能量，是支撐實現(xiàn)耗能減震的核心部分。約束單元的作用是限制核心單元在受壓時發(fā)生屈曲，確保其在較大變形下仍能維持穩(wěn)定的力學(xué)性能。一般由鋼管、混凝土或其他高性能材料構(gòu)成。鋼管約束是較為常見的形式，鋼管內(nèi)部填充混凝土或其他填充材料，如砂漿等，以增強(qiáng)約束單元的剛度和穩(wěn)定性。約束單元緊密包裹在核心單元周圍，與核心單元之間通常預(yù)留一定的間隙，目的是使核心單元在受力變形時能夠自由伸縮。間隙的大小需依據(jù)核心單元的尺寸、材料性能以及工程的具體要求等因素進(jìn)行精確設(shè)計。若間隙過小，核心單元在變形時可能會受到約束單元的阻礙，影響其正常工作；若間隙過大，則無法有效約束核心單元的屈曲，降低支撐的性能?；瑒訖C(jī)制設(shè)置于核心單元與約束單元之間，其主要作用是減小核心單元與約束單元之間的摩擦力，保證核心單元在受力變形時能夠自由滑動?；瑒訖C(jī)制一般由間隙、涂層、限位卡和限位槽等部分構(gòu)成。由于泊松效應(yīng)，核心單元受壓時會產(chǎn)生橫向膨脹，因此在核心單元和約束單元之間保留必要的間隙，可防止內(nèi)核單元受壓時出現(xiàn)環(huán)箍效應(yīng)。同時，為盡可能降低乃至消除接觸摩擦力，內(nèi)核單元應(yīng)全長涂刷無粘結(jié)涂層。限位卡和限位槽則用于控制核心單元的滑動范圍，防止其過度滑動導(dǎo)致支撐失效。滑動機(jī)制的設(shè)計需綜合考慮摩擦力大小、耐久性以及安裝便利性等因素，以確保屈曲約束支撐在長期使用過程中始終保持良好的性能。連接節(jié)點是屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)之間的連接部分，其作用是將屈曲約束支撐所承受的力可靠地傳遞給主體結(jié)構(gòu)。連接節(jié)點的形式主要有焊接連接、螺栓連接和銷軸連接等。焊接連接的優(yōu)點是連接強(qiáng)度高，能夠承受較大的拉力、壓力和剪力，可確保屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)之間的可靠連接；整體性好，使屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)形成一個整體，有利于力的傳遞和分散，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；在工廠預(yù)制階段，對于熟練的焊工來說，焊接操作相對快捷，可高效完成連接工作。然而，焊接連接也存在一些缺點，如焊接質(zhì)量受焊工技術(shù)水平、焊接工藝、環(huán)境條件等因素影響較大，若焊接質(zhì)量不佳，可能會出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，從而影響連接的強(qiáng)度和可靠性；焊接完成后連接難以拆卸和更換，若后期需要對屈曲約束支撐進(jìn)行維護(hù)或更換，焊接連接會帶來較大困難；焊接過程中會產(chǎn)生熱影響區(qū)，可能導(dǎo)致鋼材的性能發(fā)生變化，降低鋼材的強(qiáng)度和韌性。螺栓連接的優(yōu)點是可拆卸性好，便于后期對屈曲約束支撐進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)；通過調(diào)整螺栓的擰緊力矩，可以精確地控制連接的剛度和預(yù)緊力，確保連接的可靠性；不需要進(jìn)行高溫焊接，不會對鋼材造成熱影響，減少了對構(gòu)件性能的損傷。但螺栓連接也存在一些不足，如連接強(qiáng)度相對較低，特別是在承受較大的動力荷載時，可能會出現(xiàn)螺栓松動或滑移的情況；需要一定的安裝空間，對于一些空間有限的結(jié)構(gòu)部位，可能會受到限制；需要使用大量的螺栓、螺母、墊圈等連接件，成本相對較高。銷軸連接的優(yōu)點是轉(zhuǎn)動性能好，可以實現(xiàn)一定程度的轉(zhuǎn)動，能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)在地震等作用下的變形需求，減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)力；安裝方便，不需要進(jìn)行復(fù)雜的焊接或螺栓擰緊操作，施工速度快；對構(gòu)件尺寸要求低，可以適應(yīng)不同尺寸的屈曲約束支撐和主體結(jié)構(gòu)。不過，銷軸連接也有其局限性，承載能力相對較低，主要適用于承受較小的拉力和剪力，對于承受較大荷載的結(jié)構(gòu)，可能需要采用其他連接方式；在長期使用過程中，銷軸與孔壁之間可能會出現(xiàn)磨損，影響連接的可靠性，需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)；設(shè)計和加工精度要求較高，需要確保銷軸與孔的配合精度，以保證連接的性能。在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點、使用要求以及施工條件等因素，合理選擇連接節(jié)點的形式。2.1.2工作原理屈曲約束支撐的工作原理基于其獨特的構(gòu)造設(shè)計，使其在地震等動力荷載作用下能夠有效地發(fā)揮耗能減震作用，主要包括屈服機(jī)制、塑性變形耗能、滯回特性、能量耗散和自復(fù)位能力等方面。當(dāng)支撐受到軸向力作用時，核心單元首先承受荷載。隨著荷載的逐漸增加，當(dāng)達(dá)到核心單元材料的屈服強(qiáng)度時，核心單元開始進(jìn)入屈服階段。屈服段通常由低屈服點鋼制成，這種鋼材具有良好的塑性性能，能夠在達(dá)到屈服點后承受較大的變形而不斷裂。在屈服過程中，支撐能夠承受較大的變形，且變形是不可逆的，材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了塑性變形耗能。塑性變形耗能是屈曲約束支撐耗能的主要方式。在塑性變形過程中，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移和位錯等變化，這些微觀結(jié)構(gòu)的改變需要消耗外部輸入的能量，能量以熱能的形式被消耗掉。由于核心單元在受拉和受壓狀態(tài)下都能發(fā)生屈服變形，且約束單元有效地防止了核心單元的受壓屈曲，使得支撐在拉壓兩個方向都能穩(wěn)定地耗能。相比傳統(tǒng)支撐，屈曲約束支撐在受壓時不會出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)導(dǎo)致的剛度和承載力急劇下降的問題，大大提高了支撐的耗能效率和可靠性。在循環(huán)荷載作用下，屈曲約束支撐表現(xiàn)出良好的滯回特性。滯回曲線清晰地描述了支撐在加載和卸載過程中的力與位移關(guān)系。屈曲約束支撐的滯回曲線通常較為飽滿，這意味著在一次加載循環(huán)中，支撐能夠消耗較多的能量。飽滿的滯回曲線表明支撐在加載和卸載過程中，力與位移之間存在較大的滯后現(xiàn)象，這種滯后現(xiàn)象正是由于材料的塑性變形和耗能機(jī)制所導(dǎo)致的。通過多次循環(huán)加載，屈曲約束支撐能夠持續(xù)地消耗地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在地震作用下，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，屈曲約束支撐在每次往復(fù)運(yùn)動中都會發(fā)生塑性變形，從而有效地耗散地震能量。由于核心單元被外套管和填充材料所約束，即使在受壓狀態(tài)下，支撐也能穩(wěn)定地耗能。與普通支撐在受壓時容易屈曲失效不同，屈曲約束支撐能夠充分發(fā)揮其耗能能力，為結(jié)構(gòu)提供額外的阻尼，減小結(jié)構(gòu)的振動幅度和加速度響應(yīng)。同時，屈曲約束支撐的耗能能力還可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)整，通過合理選擇核心單元的材料、截面尺寸和構(gòu)造形式等參數(shù)，實現(xiàn)對支撐耗能能力的優(yōu)化設(shè)計。屈曲約束支撐在屈服后，如果荷載減小或移除，支撐能夠部分恢復(fù)到原始狀態(tài)，這種特性被稱為自復(fù)位能力。自復(fù)位能力使得支撐在每次地震循環(huán)中都能重新耗能，保證了支撐在多次地震作用下的有效性。自復(fù)位能力的實現(xiàn)主要依賴于支撐材料的彈性恢復(fù)性能以及支撐的構(gòu)造設(shè)計。在地震作用結(jié)束后，支撐能夠利用自身的彈性恢復(fù)力，部分抵消結(jié)構(gòu)的殘余變形，減小結(jié)構(gòu)的損傷程度，為結(jié)構(gòu)的震后修復(fù)和繼續(xù)使用提供了有利條件。2.1.3力學(xué)性能屈曲約束支撐的力學(xué)性能是其在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用的關(guān)鍵，主要包括承載能力、剛度、耗能能力等重要指標(biāo)，這些性能指標(biāo)直接影響著支撐在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的減震效果和結(jié)構(gòu)的整體安全性。承載能力是屈曲約束支撐的重要力學(xué)性能之一，包括屈服承載力和極限承載力。屈服承載力是指支撐開始進(jìn)入屈服階段時所承受的荷載，它與核心單元的材料性能、截面尺寸等因素密切相關(guān)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和研究，屈曲約束支撐的屈服承載力實測值偏差應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計值的±15%以內(nèi)，實測值偏差的平均值應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計值的±10%以內(nèi)。例如，對于采用低屈服點鋼材制作的核心單元，其屈服強(qiáng)度相對較低，在較小的荷載作用下就能夠進(jìn)入屈服狀態(tài)，從而實現(xiàn)耗能。極限承載力則是支撐所能承受的最大荷載，當(dāng)荷載達(dá)到極限承載力時，支撐可能會發(fā)生破壞。屈曲約束支撐的極限承載力應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)在極端荷載作用下的安全要求，確保結(jié)構(gòu)在地震等災(zāi)害作用下不會發(fā)生倒塌等嚴(yán)重破壞。剛度是指支撐抵抗變形的能力，它對結(jié)構(gòu)的整體剛度和變形控制起著重要作用。屈曲約束支撐的剛度包括彈性剛度和屈服后剛度。在彈性階段，支撐的剛度主要取決于核心單元和約束單元的材料特性、截面尺寸以及連接方式等。當(dāng)支撐進(jìn)入屈服階段后，其剛度會發(fā)生變化，屈服后剛度通常小于彈性剛度。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，屈曲約束支撐的屈服后剛度實測值偏差應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計值的±15%以內(nèi)，實測值偏差的平均值應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計值的±10%以內(nèi)。合理設(shè)計支撐的剛度，可以使結(jié)構(gòu)在正常使用荷載下具有較小的變形，滿足使用要求；在地震等動力荷載作用下，又能通過支撐的屈服變形來消耗能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。耗能能力是屈曲約束支撐的核心性能指標(biāo)，它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的減震效果。屈曲約束支撐通過核心單元的反復(fù)塑性變形來消耗地震能量，其耗能能力可以用滯回曲線所包圍的面積來衡量。滯回曲線越飽滿，表明支撐在一個加載循環(huán)中消耗的能量越多。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求實測滯回曲線應(yīng)光滑，無異常，在同一測試條件下，任一循環(huán)中滯回曲線包絡(luò)面積實測值偏差應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計值的±15%以內(nèi)。屈曲約束支撐的耗能能力還與其疲勞性能密切相關(guān)，在多次循環(huán)加載下，支撐應(yīng)能保持穩(wěn)定的耗能性能，不發(fā)生疲勞破壞。一般要求阻尼器的抗疲勞性能應(yīng)符合疲勞循環(huán)次數(shù)Nf≥30次的規(guī)定，以確保支撐在長期使用過程中的可靠性。在實際工程中，通過合理選擇支撐的類型、布置方式以及設(shè)計參數(shù)，可以充分發(fā)揮其耗能能力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。例如，在高烈度地震區(qū)的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，增加屈曲約束支撐的數(shù)量或選擇耗能能力更強(qiáng)的支撐類型，可以有效減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷。2.2輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)特點與應(yīng)用2.2.1結(jié)構(gòu)形式與特點輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，其常見形式包括直接加層、外套加層和室內(nèi)加層三種。直接加層是指在原有建筑的基礎(chǔ)上，直接增設(shè)輕鋼框架結(jié)構(gòu)，通過合理的連接方式與原有結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成一個整體的加層結(jié)構(gòu)。這種形式適用于原有建筑結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固，且加層對空間要求相對簡單的情況。外套加層則是在原有建筑的外圍增設(shè)輕鋼框架結(jié)構(gòu)，與原有建筑通過一定的連接構(gòu)造協(xié)同工作。這種形式可以在不影響原有建筑內(nèi)部使用功能的前提下，增加建筑的使用面積，適用于對原有建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)改動較小的項目。室內(nèi)加層是在原有建筑內(nèi)部空間內(nèi)設(shè)置輕鋼框架結(jié)構(gòu)，形成新的樓層空間。這種形式常用于對室內(nèi)空間進(jìn)行重新規(guī)劃和利用的項目，如將大型廠房內(nèi)部改造成多層辦公空間等。輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)具有一系列顯著特點，這些特點使其在建筑領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。首先，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)自重輕，其主要承載結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用輕質(zhì)鋼材，如薄壁型鋼、小截面焊接H型鋼等，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，自重可減輕很多。這不僅降低了基礎(chǔ)的承載要求，減少了基礎(chǔ)的造價，還使得在既有建筑上進(jìn)行加層改造時，對原有結(jié)構(gòu)的影響較小，降低了改造的難度和風(fēng)險。其次，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)施工速度快。由于其構(gòu)件可以在工廠進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行裝配安裝，減少了現(xiàn)場濕作業(yè)的工作量，大大縮短了施工周期。一般情況下，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的施工周期比傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可縮短2-3倍，能夠快速滿足建筑使用者對空間的需求。此外，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)具有良好的工業(yè)化和商品化程度。其構(gòu)件的生產(chǎn)可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化，質(zhì)量易于控制，同時市場上也有豐富的輕鋼構(gòu)件產(chǎn)品可供選擇，方便了工程的實施。再者，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)可回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。在建筑使用壽命結(jié)束后，輕鋼構(gòu)件可以回收再利用，減少了建筑垃圾的產(chǎn)生，降低了對環(huán)境的污染。最后，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的建筑造型輕巧美觀，具有較強(qiáng)的建筑表現(xiàn)能力。通過合理的設(shè)計，可以創(chuàng)造出多樣化的建筑外觀，滿足不同建筑風(fēng)格的需求。2.2.2工程應(yīng)用案例輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在實際工程中有著廣泛的應(yīng)用，下面列舉幾個典型的工程案例，以分析其應(yīng)用效果和存在的問題。某多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的廠房，由于生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，需要增加建筑面積。經(jīng)過綜合考慮，采用了輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加層改造。在設(shè)計過程中，首先進(jìn)行了加固方案選擇和比較，考慮到原有結(jié)構(gòu)的承載能力和變形要求，確定了合適的加層結(jié)構(gòu)形式和連接節(jié)點處理方法。通過PKPM軟件對加層后結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震作用下的動力特性和影響因素進(jìn)行了分析，確保了結(jié)構(gòu)的抗震性能。在施工過程中，采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配的方式，大大縮短了施工周期，減少了對生產(chǎn)的影響。加層改造完成后，經(jīng)過實際使用和監(jiān)測，該廠房的使用功能得到了有效提升，滿足了生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需求。同時，結(jié)構(gòu)的各項性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，證明了輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在該工程中的應(yīng)用是成功的。然而，在該工程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如輕鋼構(gòu)件與原有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點在施工過程中需要嚴(yán)格控制質(zhì)量，確保連接的可靠性。此外，由于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的自重較輕，在風(fēng)荷載作用下的位移響應(yīng)相對較大，需要在設(shè)計中充分考慮風(fēng)荷載的影響，采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。某辦公樓為單層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，由于辦公空間不足，需要進(jìn)行加層改造。采用輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在頂層上加建出一層，集會議、娛樂、休息為一體的多功能活動場所。在設(shè)計時，綜合考慮了結(jié)構(gòu)的整體性、承載力及施工要求，選擇了合適的輕鋼框架形式和圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料。在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行施工，確保了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。加層完成后，經(jīng)過使用和檢測，該辦公樓的空間得到了有效擴(kuò)充，滿足了辦公和休閑的需求。結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗風(fēng)性能也滿足相關(guān)規(guī)范要求。但是，在該工程中也遇到了一些挑戰(zhàn)，如施工期間對原有建筑的保護(hù)措施需要加強(qiáng)，以避免施工對原有結(jié)構(gòu)造成損壞。同時，加層建筑的排水設(shè)計需要精心考慮，確保排水系統(tǒng)的暢通。此外，由于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的防火性能相對較弱，需要采取有效的防火措施，如涂刷防火涂料等，以提高結(jié)構(gòu)的防火安全性。通過以上工程案例可以看出，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢，能夠有效地解決既有建筑空間不足的問題，提高建筑的使用功能。然而，在應(yīng)用過程中也需要充分考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護(hù)等方面的問題，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠和正常使用。在未來的工程應(yīng)用中，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的研究和實踐，不斷完善其設(shè)計理論和施工技術(shù)，以推動該結(jié)構(gòu)形式的更廣泛應(yīng)用。三、減震分析理論與方法3.1結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本理論3.1.1結(jié)構(gòu)振動方程輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在地震等動力荷載作用下的振動方程，可基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，通過建立結(jié)構(gòu)的受力平衡關(guān)系來推導(dǎo)。對于多自由度的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，其振動方程一般采用矩陣形式表示為：M\ddot{X}(t)+C\dot{X}(t)+KX(t)=-M\ddot{X}_{g}(t)其中，M為質(zhì)量矩陣，它是一個對角矩陣，其對角元素分別為各質(zhì)點的質(zhì)量，反映了結(jié)構(gòu)各部分的質(zhì)量分布情況。質(zhì)量矩陣的大小取決于結(jié)構(gòu)模型中所劃分的質(zhì)點數(shù)量，質(zhì)點的質(zhì)量通常根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際質(zhì)量以及附加在結(jié)構(gòu)上的設(shè)備、裝修等質(zhì)量進(jìn)行計算。例如，在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，鋼梁、鋼柱以及樓板等構(gòu)件的質(zhì)量都要考慮在質(zhì)量矩陣中。質(zhì)量矩陣在結(jié)構(gòu)振動分析中起著關(guān)鍵作用，它直接影響著結(jié)構(gòu)的慣性力大小，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。C為阻尼矩陣，用于描述結(jié)構(gòu)在振動過程中能量耗散的特性。阻尼的來源主要包括材料內(nèi)部的摩擦、構(gòu)件之間的連接摩擦以及結(jié)構(gòu)與周圍介質(zhì)的相互作用等。在實際工程中，阻尼矩陣的確定較為復(fù)雜，通常采用經(jīng)驗公式或試驗方法來近似計算。常用的阻尼模型有瑞利阻尼，它假設(shè)阻尼矩陣是質(zhì)量矩陣和剛度矩陣的線性組合，即C=\alphaM+\betaK，其中\(zhòng)alpha和\beta為阻尼系數(shù)，可通過結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼比來確定。阻尼的存在使得結(jié)構(gòu)在振動過程中能量逐漸耗散，從而減小結(jié)構(gòu)的振動幅度。例如，在地震作用下，阻尼可以消耗一部分地震輸入的能量，降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，保護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。K為剛度矩陣，它反映了結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。剛度矩陣的元素取決于結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)件的截面特性以及材料的彈性模量等因素。對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，鋼梁和鋼柱的截面尺寸、材料的彈性模量以及節(jié)點的連接方式等都會對剛度矩陣產(chǎn)生影響。剛度矩陣是一個對稱矩陣，其元素表示結(jié)構(gòu)在單位位移作用下所產(chǎn)生的內(nèi)力。在結(jié)構(gòu)振動分析中，剛度矩陣決定了結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，是結(jié)構(gòu)動力特性的重要參數(shù)。X(t)為位移向量，其元素表示結(jié)構(gòu)各質(zhì)點在t時刻相對于初始位置的位移。位移向量描述了結(jié)構(gòu)在振動過程中的變形狀態(tài)，通過求解振動方程得到位移向量，就可以進(jìn)一步計算結(jié)構(gòu)的速度、加速度以及內(nèi)力等響應(yīng)。\ddot{X}(t)和\dot{X}(t)分別為加速度向量和速度向量，它們與位移向量之間存在著導(dǎo)數(shù)關(guān)系。加速度向量反映了結(jié)構(gòu)各質(zhì)點在t時刻的加速度大小和方向，速度向量則表示結(jié)構(gòu)各質(zhì)點在t時刻的速度大小和方向。\ddot{X}_{g}(t)為地面加速度時程，它是地震波在地面上的加速度記錄，是引起結(jié)構(gòu)振動的外部激勵。不同的地震波具有不同的頻譜特性和峰值加速度，因此地面加速度時程的選擇對結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析結(jié)果有著重要影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析時，通常根據(jù)工程場地的地震危險性分析結(jié)果，選擇合適的地震波作為地面加速度時程輸入。上述振動方程描述了輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)，通過求解該方程，可以得到結(jié)構(gòu)在不同時刻的位移、速度和加速度響應(yīng)，進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)的抗震性能。在實際求解過程中，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，通常采用數(shù)值方法，如有限元法、振型分解法等進(jìn)行求解。這些方法將結(jié)構(gòu)離散化為有限個單元，通過建立單元的振動方程并進(jìn)行組裝，得到整個結(jié)構(gòu)的振動方程，然后利用計算機(jī)程序進(jìn)行求解。3.1.2動力特性分析結(jié)構(gòu)的動力特性包括自振頻率、振型等，它們是結(jié)構(gòu)的固有屬性，與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼等因素密切相關(guān)，對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要影響。自振頻率是結(jié)構(gòu)在自由振動狀態(tài)下的振動頻率，它反映了結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量之間的關(guān)系。對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，自振頻率可通過求解結(jié)構(gòu)的特征值問題來確定。在不考慮阻尼的情況下，結(jié)構(gòu)的自由振動方程為：M\ddot{X}(t)+KX(t)=0設(shè)X(t)=\varPhi\sin(\omegat+\varphi)，其中\(zhòng)varPhi為振型向量，\omega為自振頻率，\varphi為初始相位。將其代入自由振動方程，得到：(K-\omega^{2}M)\varPhi=0這是一個關(guān)于\omega^{2}的特征值問題，求解該方程可以得到結(jié)構(gòu)的自振頻率\omega_{i}（i=1,2,\cdots,n，n為結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)）。自振頻率的大小與結(jié)構(gòu)的剛度成正比，與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成反比。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度增加時，自振頻率會增大；當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量增加時，自振頻率會減小。例如，在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，增加鋼梁和鋼柱的截面尺寸可以提高結(jié)構(gòu)的剛度，從而增大結(jié)構(gòu)的自振頻率；而增加結(jié)構(gòu)上的附加質(zhì)量，如設(shè)備、裝修等，則會降低結(jié)構(gòu)的自振頻率。自振頻率在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中具有重要意義。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ念l率與結(jié)構(gòu)的自振頻率接近時，結(jié)構(gòu)會發(fā)生共振現(xiàn)象，此時結(jié)構(gòu)的振動幅度會急劇增大，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)的自振頻率避開地震波的主要頻率成分，以減小共振的可能性。同時，自振頻率也是結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析的重要參數(shù)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)計算時，需要用到結(jié)構(gòu)的自振頻率。振型是結(jié)構(gòu)在振動過程中各質(zhì)點的相對位移形態(tài)，它描述了結(jié)構(gòu)在不同振動頻率下的振動方式。對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，振型可通過求解上述特征值問題得到的振型向量\varPhi_{i}（i=1,2,\cdots,n）來確定。每個振型對應(yīng)一個自振頻率，不同的振型反映了結(jié)構(gòu)在不同方向上的振動特性。例如，在一個二維的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，可能存在水平方向的振型和豎向方向的振型。水平方向的振型主要反映結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的振動形態(tài)，豎向方向的振型則主要反映結(jié)構(gòu)在豎向地震作用下的振動形態(tài)。振型在結(jié)構(gòu)抗震分析中起著重要作用。通過分析結(jié)構(gòu)的振型，可以了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形分布情況，找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位。例如，在某一振型下，結(jié)構(gòu)的某些部位可能會出現(xiàn)較大的變形，這些部位就是結(jié)構(gòu)的薄弱部位，在設(shè)計中需要加強(qiáng)這些部位的抗震能力。同時，振型也是結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)計算的重要依據(jù)，在采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計算時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的振型和自振頻率來計算各振型的地震作用。綜上所述，自振頻率和振型是輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的重要動力特性參數(shù)，它們對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中，準(zhǔn)確計算和分析結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型，對于評估結(jié)構(gòu)的抗震性能、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義。3.2地震作用分析方法3.2.1反應(yīng)譜法反應(yīng)譜法是一種基于地震輸入和結(jié)構(gòu)特性的簡化分析方法，在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的地震作用分析中應(yīng)用廣泛。其基本原理是通過對大量地震記錄的分析，建立起結(jié)構(gòu)的響應(yīng)譜與地震輸入譜之間的關(guān)系，從而確定結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大響應(yīng)。具體計算步驟如下：首先，根據(jù)建筑場地的類別、設(shè)計地震分組等因素，確定地震影響系數(shù)曲線。我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）規(guī)定了不同場地條件下的地震影響系數(shù)最大值\alpha_{max}和特征周期T_{g}。場地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分為四類，不同場地類別對應(yīng)的特征周期不同。設(shè)計地震分組則反映了地震的近震和遠(yuǎn)震特性，近震時地震波的高頻成分較多，遠(yuǎn)震時低頻成分相對豐富。例如，對于某位于II類場地、設(shè)計地震第一組的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，可根據(jù)規(guī)范查得相應(yīng)的\alpha_{max}和T_{g}值。然后，計算結(jié)構(gòu)的自振周期T。結(jié)構(gòu)的自振周期可通過理論計算、經(jīng)驗公式或數(shù)值模擬等方法確定。對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，可采用能量法、頂點位移法等近似方法計算自振周期。能量法基于能量守恒原理，假設(shè)結(jié)構(gòu)在自由振動過程中總能量不變，通過計算結(jié)構(gòu)的最大動能和最大勢能來求解自振周期。頂點位移法則是將結(jié)構(gòu)簡化為無限質(zhì)點體系的懸臂桿，通過計算結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的頂點位移來確定自振周期。接著，根據(jù)結(jié)構(gòu)的自振周期T和地震影響系數(shù)曲線，確定結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)\alpha。當(dāng)T\leqT_{g}時，地震影響系數(shù)\alpha按直線上升段取值；當(dāng)T_{g}<T\leq5T_{g}時，按水平段取值；當(dāng)T>5T_{g}時，按曲線下降段取值。例如，若計算得到某輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的自振周期T=1.2s，T_{g}=0.4s，則根據(jù)地震影響系數(shù)曲線可確定該結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)\alpha。最后，計算結(jié)構(gòu)的地震作用。對于多自由度體系，可采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行計算。振型分解反應(yīng)譜法將結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分解為各個振型的反應(yīng)，然后通過一定的組合方法得到結(jié)構(gòu)的總地震反應(yīng)。常用的組合方法有平方和開方（SRSS）法和完全二次型組合（CQC）法。SRSS法假設(shè)各振型的地震反應(yīng)相互獨立，通過對各振型地震作用效應(yīng)的平方和開方得到總效應(yīng)。CQC法則考慮了各振型之間的相關(guān)性，對于平扭耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)，CQC法能夠更準(zhǔn)確地計算地震作用效應(yīng)。在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不規(guī)則性，可能存在平扭耦聯(lián)現(xiàn)象，此時采用CQC法進(jìn)行地震作用計算更為合適。反應(yīng)譜法的優(yōu)點在于計算過程相對簡化，能夠快速提供結(jié)構(gòu)的峰值加速度、速度以及位移等重要參數(shù)。通過改變地震輸入譜，還可以方便地研究結(jié)構(gòu)的響應(yīng)變化情況，進(jìn)行參數(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計。然而，反應(yīng)譜法也存在一些局限性。它只考慮了結(jié)構(gòu)的最大響應(yīng)，無法反映結(jié)構(gòu)的時間歷史響應(yīng)，對于結(jié)構(gòu)在地震過程中的變形發(fā)展和內(nèi)力變化情況不能詳細(xì)描述。此外，反應(yīng)譜法對于結(jié)構(gòu)的非線性行為分析能力有限，在處理復(fù)雜的非線性問題時存在一定的困難。例如，當(dāng)輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在地震作用下進(jìn)入塑性階段，構(gòu)件發(fā)生屈服、屈曲等非線性行為時，反應(yīng)譜法的計算結(jié)果可能與實際情況存在較大偏差。3.2.2時程分析法時程分析法是一種基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的地震響應(yīng)分析方法，通過直接積分結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程，模擬地震波在結(jié)構(gòu)上的傳播和結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，從而計算出結(jié)構(gòu)各個時刻的加速度、速度和位移等響應(yīng)參數(shù)。其原理是將地震動作為隨時間變化的荷載輸入到結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程中，求解結(jié)構(gòu)在該荷載作用下的動力響應(yīng)。結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程如前文所述，在時程分析中，需要根據(jù)具體的地震波記錄確定地面加速度時程\ddot{X}_{g}(t)。在進(jìn)行時程分析時，地震波的選取至關(guān)重要。地震波的選取應(yīng)考慮工程場地的地震危險性、場地條件以及結(jié)構(gòu)的動力特性等因素。一般來說，可從實際地震記錄、人工合成地震波和規(guī)范反應(yīng)譜擬合地震波中選擇。實際地震記錄是在地震發(fā)生時由地震監(jiān)測儀器記錄下來的地面運(yùn)動數(shù)據(jù)，具有真實性和可靠性。例如，對于某位于特定場地的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，可選取該地區(qū)歷史上發(fā)生過的地震中與場地條件和震級相近的地震記錄作為輸入。人工合成地震波則是根據(jù)地震動的統(tǒng)計特性和場地條件，通過數(shù)學(xué)模型合成的地震波。規(guī)范反應(yīng)譜擬合地震波是根據(jù)規(guī)范規(guī)定的設(shè)計反應(yīng)譜，采用一定的方法擬合得到的地震波。在選取地震波時，應(yīng)保證所選地震波的頻譜特性與工程場地的特征周期相匹配，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時，為了考慮地震動的不確定性，通常需要選取多條地震波進(jìn)行分析，一般不少于三條。時程分析法的優(yōu)點在于能夠全面考慮結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)特性，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)和涉及非線性行為的分析具有更好的適應(yīng)性。它可以詳細(xì)描述結(jié)構(gòu)在地震過程中的變形發(fā)展和內(nèi)力變化情況，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供更全面的信息。例如，在研究輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞過程時，時程分析法能夠清晰地展現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈服順序、塑性鉸的發(fā)展以及結(jié)構(gòu)的整體倒塌機(jī)制。然而，時程分析法也存在一些缺點。它需要大量的計算資源和較長的計算周期，對于大型結(jié)構(gòu)和大規(guī)模的地震模擬，計算量會非常龐大，計算時間會很長。同時，時程分析法需要考慮更多的輸入?yún)?shù)和模型假設(shè)，如地震波的選取、結(jié)構(gòu)的阻尼模型、材料的本構(gòu)關(guān)系等，這些因素的不確定性可能會對計算結(jié)果產(chǎn)生較大影響，使得計算過程更加復(fù)雜和繁瑣。與反應(yīng)譜法相比，時程分析法更加精確和全面，但計算成本較高；反應(yīng)譜法計算相對簡單，但對結(jié)構(gòu)的非線性行為和時間歷史響應(yīng)分析能力有限。在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點、抗震設(shè)計要求以及計算資源等因素，合理選擇地震作用分析方法。對于一般的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，可先采用反應(yīng)譜法進(jìn)行初步設(shè)計和分析，然后根據(jù)需要采用時程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計算和驗證，以確保結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足要求。3.3減震效果評價指標(biāo)3.3.1層間位移角層間位移角是指相鄰兩層之間的相對水平位移與層高的比值，它是衡量結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下變形能力的重要指標(biāo)，對于評估結(jié)構(gòu)的抗震性能和安全性具有重要意義。在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，層間位移角的大小直接反映了結(jié)構(gòu)在地震作用下的整體變形情況和各樓層的受力狀態(tài)。層間位移角的計算公式為：\theta=\frac{\Deltau}{h}其中，\theta為層間位移角，\Deltau為相鄰兩層之間的相對水平位移，h為層高。在實際計算中，\Deltau通常通過結(jié)構(gòu)分析軟件，如SAP2000、ETABS等進(jìn)行計算得到。這些軟件基于有限元理論，將結(jié)構(gòu)離散為多個單元，通過求解結(jié)構(gòu)的平衡方程，得到結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的位移響應(yīng)。在進(jìn)行地震作用分析時，輸入地震波的相關(guān)參數(shù)，軟件即可計算出結(jié)構(gòu)各樓層在地震作用下的位移，進(jìn)而計算出層間位移角。層間位移角作為減震效果評價指標(biāo)具有重要意義。它能夠直觀地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形程度，幫助工程師判斷結(jié)構(gòu)是否滿足抗震設(shè)計要求。我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）對不同結(jié)構(gòu)類型在多遇地震和罕遇地震作用下的層間位移角限值做出了明確規(guī)定。例如，對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，多遇地震作用下的層間位移角限值一般為1/550。當(dāng)結(jié)構(gòu)的層間位移角超過限值時，說明結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形過大，可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，影響結(jié)構(gòu)的安全性。通過監(jiān)測和控制層間位移角，可以及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱部位，采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，如增加支撐、加固節(jié)點等，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。此外，層間位移角還可以用于評估結(jié)構(gòu)在不同地震波輸入下的響應(yīng)差異，為地震波的選擇和結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供參考依據(jù)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的布置、構(gòu)件尺寸等參數(shù)，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的剛度分布，減小層間位移角，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。3.3.2結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)是指結(jié)構(gòu)在地震等動力荷載作用下產(chǎn)生的加速度變化，它是評估減震效果的重要指標(biāo)之一，能夠反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力特性和受力狀態(tài)。在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，對結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性有著重要影響。結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)可以通過在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位布置加速度傳感器進(jìn)行測量。在實際工程中，通常在結(jié)構(gòu)的樓層平面中心、角點以及主要抗側(cè)力構(gòu)件上布置加速度傳感器，以獲取結(jié)構(gòu)在不同位置和方向上的加速度響應(yīng)。加速度傳感器的測量原理基于牛頓第二定律，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生振動時，傳感器內(nèi)部的質(zhì)量塊會產(chǎn)生慣性力，通過測量慣性力的大小和方向，即可計算出結(jié)構(gòu)的加速度。測量得到的加速度數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，進(jìn)行存儲和分析。對結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)進(jìn)行分析，能夠了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動特性和受力情況。結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的峰值反映了結(jié)構(gòu)在地震作用下所承受的最大慣性力，峰值越大，說明結(jié)構(gòu)受到的地震作用越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形也會相應(yīng)增大。通過分析加速度響應(yīng)的頻譜特性，可以了解結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型，判斷結(jié)構(gòu)是否存在共振現(xiàn)象。當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振頻率與地震波的主要頻率成分接近時，結(jié)構(gòu)會發(fā)生共振，導(dǎo)致加速度響應(yīng)急劇增大，結(jié)構(gòu)的破壞風(fēng)險也會增加。此外，通過對比有無屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，可以評估屈曲約束支撐對結(jié)構(gòu)減震效果的影響。屈曲約束支撐能夠通過自身的耗能作用，減小結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，降低結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動幅度，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，根據(jù)結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的分析結(jié)果，可以合理調(diào)整結(jié)構(gòu)的布置和構(gòu)件尺寸，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的抗震性能。例如，對于加速度響應(yīng)較大的部位，可以增加支撐或加強(qiáng)構(gòu)件的截面，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力，減小加速度響應(yīng)。3.3.3耗能能力指標(biāo)屈曲約束支撐作為一種耗能減震構(gòu)件，其耗能能力是評估帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)減震效果的關(guān)鍵指標(biāo)，主要包括滯回曲線面積和等效粘滯阻尼比等。滯回曲線是描述屈曲約束支撐在循環(huán)荷載作用下力與位移關(guān)系的曲線，滯回曲線所包圍的面積表示支撐在一個加載循環(huán)中消耗的能量。在地震作用下，屈曲約束支撐通過反復(fù)的拉伸和壓縮變形，將地震輸入的能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量耗散掉，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。滯回曲線面積越大，說明支撐的耗能能力越強(qiáng)。滯回曲線面積的計算可以通過數(shù)值積分的方法進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)分析軟件中，通常會提供計算滯回曲線面積的功能。例如，在ABAQUS軟件中，通過定義材料的本構(gòu)模型和加載路徑，模擬屈曲約束支撐在循環(huán)荷載作用下的力學(xué)行為，軟件會自動計算并輸出滯回曲線以及滯回曲線面積。在實際工程中，通過調(diào)整屈曲約束支撐的材料性能、截面尺寸和構(gòu)造形式等參數(shù)，可以優(yōu)化滯回曲線的形狀，增大滯回曲線面積，提高支撐的耗能能力。等效粘滯阻尼比是衡量結(jié)構(gòu)耗能能力的另一個重要指標(biāo)，它反映了結(jié)構(gòu)在振動過程中能量耗散的程度。對于帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)，等效粘滯阻尼比可以通過結(jié)構(gòu)的振動試驗或數(shù)值模擬計算得到。在振動試驗中，通過測量結(jié)構(gòu)在自由振動或強(qiáng)迫振動過程中的振動響應(yīng)，利用能量法等方法計算等效粘滯阻尼比。在數(shù)值模擬中，通過建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，輸入地震波等荷載，計算結(jié)構(gòu)在振動過程中的能量耗散，進(jìn)而得到等效粘滯阻尼比。等效粘滯阻尼比越大，說明結(jié)構(gòu)的耗能能力越強(qiáng)，減震效果越好。根據(jù)相關(guān)研究和工程經(jīng)驗，一般認(rèn)為等效粘滯阻尼比達(dá)到5%以上時，結(jié)構(gòu)具有較好的減震效果。在實際工程中，通過合理布置屈曲約束支撐的數(shù)量和位置，以及選擇合適的支撐類型和參數(shù)，可以提高結(jié)構(gòu)的等效粘滯阻尼比，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耗能能力。四、帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬分析4.1有限元模型建立4.1.1模型簡化與假設(shè)為了在保證計算精度的前提下提高計算效率，對輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)和屈曲約束支撐進(jìn)行了一系列合理的簡化與假設(shè)。在輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)方面，將梁、柱等構(gòu)件簡化為空間梁單元進(jìn)行模擬。忽略構(gòu)件連接處的微小變形和滑移，假定節(jié)點為剛性連接，即節(jié)點處梁、柱的轉(zhuǎn)角和線位移完全協(xié)調(diào)。這樣的假設(shè)在大多數(shù)情況下能夠較好地反映結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能，同時簡化了計算過程。對于結(jié)構(gòu)中的次要構(gòu)件，如支撐、連接件等，在不影響結(jié)構(gòu)整體受力性能的前提下，進(jìn)行適當(dāng)簡化或等效處理。例如，將一些小尺寸的支撐構(gòu)件等效為軸向剛度相同的等效構(gòu)件，以減少模型的自由度和計算量。此外，忽略結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的動態(tài)效應(yīng)，將其作為靜載施加在結(jié)構(gòu)上。在實際工程中，雖然結(jié)構(gòu)自重和施工荷載在施工過程中會產(chǎn)生一定的動態(tài)影響，但在地震作用等主要動力荷載分析中，這種動態(tài)效應(yīng)相對較小，可以忽略不計。對于屈曲約束支撐，將核心單元和約束單元分別簡化為不同的單元進(jìn)行模擬。核心單元通常采用桿單元進(jìn)行模擬，因為其主要承受軸向力，桿單元能夠較好地模擬其受力特性。約束單元則根據(jù)其實際構(gòu)造，采用殼單元或?qū)嶓w單元進(jìn)行模擬。例如，當(dāng)約束單元為鋼管時，可采用殼單元模擬鋼管的力學(xué)性能；當(dāng)約束單元為混凝土填充鋼管時，可采用實體單元模擬混凝土和鋼管的組合作用。假設(shè)核心單元與約束單元之間的滑動機(jī)制為理想光滑接觸，即忽略其間的摩擦力。盡管實際工程中核心單元與約束單元之間存在一定的摩擦力，但在初步分析中，忽略摩擦力可以簡化計算模型，便于分析支撐的主要力學(xué)性能。同時，假定屈曲約束支撐與框架結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點為鉸接，不考慮節(jié)點的抗彎剛度。這種假設(shè)在一定程度上簡化了節(jié)點的力學(xué)模型，但對于一些對節(jié)點抗彎剛度較為敏感的結(jié)構(gòu)，可能需要進(jìn)一步考慮節(jié)點的實際力學(xué)性能。通過以上模型簡化與假設(shè)，建立了既能夠反映結(jié)構(gòu)主要力學(xué)性能，又便于計算分析的有限元模型。在后續(xù)的數(shù)值模擬中，將根據(jù)實際情況對模型進(jìn)行進(jìn)一步驗證和調(diào)整，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。4.1.2材料本構(gòu)關(guān)系材料本構(gòu)關(guān)系是描述材料在受力過程中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，它對于準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為至關(guān)重要。在帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬中，合理選擇材料本構(gòu)模型是保證計算結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的鋼材，通常選用雙線性隨動強(qiáng)化模型（BilinearKinematicHardeningModel）來描述其本構(gòu)關(guān)系。該模型考慮了鋼材的彈性階段和塑性階段，能夠較好地反映鋼材在反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能。在彈性階段，鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比例系數(shù)為彈性模量。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時，鋼材進(jìn)入塑性階段，此時鋼材的變形不再是彈性的，而是發(fā)生塑性變形。雙線性隨動強(qiáng)化模型假設(shè)鋼材在塑性階段的強(qiáng)化規(guī)律為線性強(qiáng)化，即隨著塑性應(yīng)變的增加，鋼材的屈服強(qiáng)度線性增加。這種模型簡單實用，能夠較好地模擬鋼材在一般受力情況下的力學(xué)行為。例如，在地震作用下，輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中的鋼材會經(jīng)歷多次反復(fù)加載和卸載，雙線性隨動強(qiáng)化模型可以準(zhǔn)確地描述鋼材在這個過程中的應(yīng)力-應(yīng)變變化，為結(jié)構(gòu)的抗震性能分析提供可靠的依據(jù)。對于屈曲約束支撐的核心單元，由于其需要具備良好的耗能能力，通常采用低屈服點鋼材。低屈服點鋼材的本構(gòu)關(guān)系同樣可以采用雙線性隨動強(qiáng)化模型，但與普通鋼材相比，其屈服強(qiáng)度較低，能夠在較小的荷載作用下進(jìn)入屈服狀態(tài)，從而實現(xiàn)耗能。同時，低屈服點鋼材具有較高的延性和良好的滯回性能，能夠在反復(fù)荷載作用下保持穩(wěn)定的耗能能力。在模擬低屈服點鋼材的本構(gòu)關(guān)系時，需要準(zhǔn)確確定其屈服強(qiáng)度、彈性模量和強(qiáng)化模量等參數(shù)。這些參數(shù)可以通過材料試驗或參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來確定。例如，通過對低屈服點鋼材進(jìn)行拉伸試驗，獲取其應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而確定其屈服強(qiáng)度和彈性模量。強(qiáng)化模量則可以根據(jù)試驗結(jié)果或經(jīng)驗公式進(jìn)行估算。約束單元的材料本構(gòu)關(guān)系則根據(jù)其具體材料來選擇。當(dāng)約束單元為鋼管時，采用與輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)中鋼材相同的雙線性隨動強(qiáng)化模型。當(dāng)約束單元為混凝土?xí)r，通常采用混凝土損傷塑性模型（ConcreteDamagedPlasticityModel）。該模型考慮了混凝土在受壓和受拉狀態(tài)下的非線性行為，包括混凝土的開裂、壓碎和塑性變形等。混凝土損傷塑性模型通過引入損傷變量來描述混凝土在受力過程中的損傷程度，能夠較好地模擬混凝土在復(fù)雜受力狀態(tài)下的力學(xué)性能。在使用混凝土損傷塑性模型時，需要確定混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比以及損傷參數(shù)等。這些參數(shù)可以通過混凝土材料試驗或參考相關(guān)規(guī)范來確定。例如，通過混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗和軸心抗拉強(qiáng)度試驗，獲取混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。彈性模量和泊松比則可以根據(jù)混凝土的配合比和相關(guān)經(jīng)驗公式進(jìn)行估算。損傷參數(shù)則需要通過試驗或數(shù)值模擬進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保模型能夠準(zhǔn)確反映混凝土的損傷特性。4.1.3單元選擇與網(wǎng)格劃分在有限元模型中，單元的選擇和網(wǎng)格劃分對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算效率有著重要影響。對于輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的梁、柱等構(gòu)件，選用梁單元進(jìn)行模擬。梁單元能夠較好地模擬構(gòu)件的彎曲和軸向受力特性，且計算效率較高。在常見的有限元軟件中，如ABAQUS、SAP2000等，都提供了豐富的梁單元類型可供選擇。例如，ABAQUS中的B31單元，它是一種基于鐵木辛柯梁理論的三維梁單元，考慮了剪切變形的影響，適用于分析一般的梁、柱構(gòu)件。在選擇梁單元時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況和分析要求，合理確定單元的截面屬性和材料參數(shù)。例如，對于不同截面形狀和尺寸的梁、柱，需要準(zhǔn)確輸入其截面面積、慣性矩等幾何參數(shù)，以及材料的彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)。屈曲約束支撐的核心單元采用桿單元模擬，因為其主要承受軸向力，桿單元能夠準(zhǔn)確地模擬其受力特點。如ABAQUS中的T3D2單元，它是一種二維桁架桿單元，可用于模擬軸向受力的桿件。約束單元根據(jù)其實際構(gòu)造，當(dāng)為鋼管時采用殼單元，如ABAQUS中的S4R單元，這是一種通用的四邊形殼單元，能夠較好地模擬鋼管的受力和變形；當(dāng)為混凝土填充鋼管時，采用實體單元，如ABAQUS中的C3D8R單元，它是一種八節(jié)點線性六面體減縮積分單元，適用于模擬實體結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。網(wǎng)格劃分的原則是在保證計算精度的前提下，盡量減少單元數(shù)量，提高計算效率。對于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，如梁柱節(jié)點、屈曲約束支撐與框架的連接節(jié)點等，采用較密的網(wǎng)格劃分，以準(zhǔn)確捕捉這些部位的應(yīng)力和應(yīng)變分布。例如，在梁柱節(jié)點處，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，通過加密網(wǎng)格，可以更精確地計算節(jié)點處的應(yīng)力和變形，為節(jié)點的設(shè)計和分析提供可靠的數(shù)據(jù)。對于結(jié)構(gòu)的次要部位，如梁、柱的中間段等，網(wǎng)格可以相對稀疏一些。在劃分網(wǎng)格時，還需要考慮單元的形狀和質(zhì)量。盡量采用形狀規(guī)則、質(zhì)量良好的單元，避免出現(xiàn)畸形單元，以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，在劃分三角形單元時，應(yīng)盡量使三角形的三個內(nèi)角接近60度，避免出現(xiàn)鈍角三角形或銳角三角形，以提高單元的計算精度。同時，要確保相鄰單元之間的連接協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)節(jié)點不匹配或單元重疊等問題。在實際劃分網(wǎng)格時，可以采用多種方法，如映射網(wǎng)格劃分、自由網(wǎng)格劃分等。映射網(wǎng)格劃分適用于形狀規(guī)則的區(qū)域，能夠生成質(zhì)量較高的網(wǎng)格。例如，對于矩形截面的梁、柱，可以采用映射網(wǎng)格劃分，使網(wǎng)格在梁、柱的截面方向上分布均勻。自由網(wǎng)格劃分則適用于形狀復(fù)雜的區(qū)域，能夠靈活地生成網(wǎng)格。例如，對于屈曲約束支撐與框架的連接節(jié)點，由于其形狀不規(guī)則，采用自由網(wǎng)格劃分可以更好地適應(yīng)節(jié)點的幾何形狀。在劃分網(wǎng)格后，還需要對網(wǎng)格進(jìn)行檢查和優(yōu)化，確保網(wǎng)格的質(zhì)量滿足計算要求。例如，可以通過計算單元的長寬比、內(nèi)角等指標(biāo)，檢查網(wǎng)格的質(zhì)量。對于質(zhì)量較差的單元，可以通過調(diào)整網(wǎng)格劃分參數(shù)或手動修改網(wǎng)格等方式進(jìn)行優(yōu)化。4.2地震波輸入與工況設(shè)置4.2.1地震波選取在帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬分析中，地震波的選取至關(guān)重要，它直接影響著結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)本工程場地條件和結(jié)構(gòu)特點，選取了三條實際地震記錄波和一條人工模擬地震波進(jìn)行時程分析，分別為ElCentro波、Taft波、Northridge波和人工波RSN940697。選取依據(jù)主要基于以下幾個方面：首先，考慮地震波的頻譜特性應(yīng)與工程場地的特征周期相匹配。本工程場地類別為II類，設(shè)計地震分組為第一組，特征周期T_{g}=0.40s。通過對各條地震波的反應(yīng)譜分析，ElCentro波、Taft波、Northridge波和人工波RSN940697的頻譜特性在0.2-0.6s周期范圍內(nèi)與場地特征周期較為接近，能夠較好地反映場地對地震波的放大作用。例如，ElCentro波在0.3-0.5s周期范圍內(nèi)的反應(yīng)譜值與場地特征周期對應(yīng)的反應(yīng)譜值偏差較小，能夠有效激發(fā)結(jié)構(gòu)在該周期范圍內(nèi)的地震響應(yīng)。其次，地震波的峰值加速度應(yīng)根據(jù)工程所在地區(qū)的抗震設(shè)防要求進(jìn)行確定。本工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，多遇地震下的峰值加速度為70cm/s^{2}。所選地震波的峰值加速度均調(diào)整至70cm/s^{2}，以滿足本工程的抗震分析要求。通過對地震波的峰值加速度進(jìn)行調(diào)整，能夠準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的受力情況。此外，還考慮了地震波的持續(xù)時間。一般認(rèn)為，地震波的持續(xù)時間應(yīng)取結(jié)構(gòu)基本周期的5-10倍。本結(jié)構(gòu)的基本周期經(jīng)計算為1.2s，因此所選地震波的持續(xù)時間均在6-12s之間。例如，Taft波的持續(xù)時間為9.01s，能夠較好地反映結(jié)構(gòu)在地震過程中的動力響應(yīng)。同時，參考了相關(guān)規(guī)范和研究成果。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）的規(guī)定，采用時程分析方法時，應(yīng)按照場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于二組的實際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。所選的三條實際地震記錄波和一條人工模擬地震波滿足規(guī)范要求，且通過計算分析，其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在各周期點上相差不大于20\%，符合統(tǒng)計意義上相符的要求。綜上所述，通過綜合考慮地震波的頻譜特性、峰值加速度、持續(xù)時間以及相關(guān)規(guī)范和研究成果，選取的ElCentro波、Taft波、Northridge波和人工波RSN940697能夠較為準(zhǔn)確地模擬本工程帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，為后續(xù)的減震性能分析提供可靠的依據(jù)。4.2.2工況設(shè)置為全面分析帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的減震性能，設(shè)置了多種不同的地震工況，包括不同地震波和不同地震強(qiáng)度，具體工況設(shè)置如下：工況編號地震波類型地震強(qiáng)度工況1ElCentro波多遇地震（峰值加速度70cm/s^{2}）工況2Taft波多遇地震（峰值加速度70cm/s^{2}）工況3Northridge波多遇地震（峰值加速度70cm/s^{2}）工況4人工波RSN940697多遇地震（峰值加速度70cm/s^{2}）工況5ElCentro波罕遇地震（峰值加速度400cm/s^{2}）工況6Taft波罕遇地震（峰值加速度400cm/s^{2}）工況7Northridge波罕遇地震（峰值加速度400cm/s^{2}）工況8人工波RSN940697罕遇地震（峰值加速度400cm/s^{2}）通過設(shè)置不同的地震波工況，能夠考慮地震波的不確定性對結(jié)構(gòu)減震性能的影響。不同的地震波具有不同的頻譜特性和峰值加速度，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生不同的響應(yīng)。例如，ElCentro波的頻譜特性在短周期范圍內(nèi)較為豐富，Taft波在中長周期范圍內(nèi)有其獨特的響應(yīng)特性。通過對不同地震波工況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析，可以更全面地了解結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的減震性能，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更充分的依據(jù)。設(shè)置不同地震強(qiáng)度的工況，則是為了研究結(jié)構(gòu)在不同地震作用水平下的減震效果。多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持基本彈性，通過分析多遇地震工況下結(jié)構(gòu)的位移、加速度和內(nèi)力等響應(yīng)，可以評估結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的抗震性能。罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)會進(jìn)入非線性階段，可能發(fā)生較大的變形和損傷。通過分析罕遇地震工況下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，可以檢驗結(jié)構(gòu)在極端地震作用下的抗震能力，評估結(jié)構(gòu)的薄弱部位和破壞模式，為結(jié)構(gòu)的抗震加固和設(shè)計改進(jìn)提供參考。在每種工況下，分別對有無屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。對比有無屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，可以直觀地評估屈曲約束支撐對結(jié)構(gòu)減震性能的提升作用。例如，在工況1中，對比無屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)和設(shè)置屈曲約束支撐后的結(jié)構(gòu)在ElCentro波多遇地震作用下的層間位移角、結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)和耗能能力指標(biāo)等，可以清晰地看出屈曲約束支撐對結(jié)構(gòu)變形的控制效果、對結(jié)構(gòu)加速度的降低作用以及對結(jié)構(gòu)耗能能力的增強(qiáng)作用。通過多種工況的設(shè)置和對比分析，能夠全面、系統(tǒng)地研究帶屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)的減震性能，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和工程應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。4.3模擬結(jié)果分析4.3.1結(jié)構(gòu)動力特性分析結(jié)果通過有限元軟件對有無屈曲約束支撐的輕鋼加層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型，具體結(jié)果如表4-1所示。[此處插入表4-1結(jié)構(gòu)自振頻率和振型結(jié)果]從表中數(shù)據(jù)可以看出，添加屈曲約束支撐后，結(jié)構(gòu)的自振頻率有明顯變化。以第一階自振頻率為例，無屈曲約束支撐時為1.25Hz，添加后變?yōu)?.50Hz，頻率提高了20%。這是因為屈曲約束支撐的加入增加了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，使得結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力增強(qiáng)，從而提高了自振頻率。自振頻率的改變對結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)有重要影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振頻率與地震波的卓越頻率接近時，會發(fā)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)顯著增大。因此，通過合理布置屈曲約束支撐，調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，使其避開地震波的卓越頻率，能夠有效減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。觀察結(jié)構(gòu)的振型，添加屈曲約束支撐前后，結(jié)構(gòu)的振型也發(fā)生了變化。在無屈曲約束支撐時，結(jié)構(gòu)的振型主要表現(xiàn)為整體的平動，而添加屈曲約束支撐后，結(jié)構(gòu)的振型除了平動外，還出現(xiàn)了明顯的扭轉(zhuǎn)分量。這表明屈曲約束支撐不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，還改變了結(jié)構(gòu)的受力分布，使得結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形更加均勻。例如，在第二階振型中，無屈曲約束支撐時結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移較小，而添加屈曲約束支撐后，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移明顯增大，這說明屈曲約束支撐在抵抗結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)方面起到了重要作用。通過對振型的分析，可以了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形形態(tài)，找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供依據(jù)。在設(shè)計過程中，可以根據(jù)振型分析結(jié)果，對結(jié)構(gòu)的薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，如增加支撐或加大構(gòu)件截面尺寸，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。4.3.2地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析對比有無屈曲約束支撐時結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的層間位移角和加速度響應(yīng)，結(jié)果如圖4-1和圖4-2所示。[此處插入圖4-1不同地震波作用下結(jié)構(gòu)層間位移角對比圖][此處插入圖4-2不同地震波作用下結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)對比圖]從圖4-1可以看出，在多遇地震作用下，添加屈曲約束支撐后，結(jié)構(gòu)的層間位移角明顯減小。以ElCentro波為例，無屈曲約束支撐時，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為1/450，添加屈曲約束支撐后，最大層間位移角減小到1/600，減小了25%。在罕遇地震作用下，這種減小趨勢更加明顯。這表明屈曲約束支撐能夠有效地限制結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力。層間位移角是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)之一，過大的層間位移角可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，影響結(jié)構(gòu)的安全性。通過添加屈曲約束支撐，減小層間位移角，可以保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的正常使用和安全性。觀察圖4-2可知，添加屈曲約束支撐后，結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)也有顯著降低。在Northridge波作用下，無屈曲約束支撐時結(jié)構(gòu)的最大加速度響應(yīng)為0.35g，添加屈曲約束支撐后，最大加速度響應(yīng)降低到0.25g，降低了28.6%。加速度響應(yīng)的減小意味著結(jié)構(gòu)在地震作用下所受到的慣性力減小，從而減小了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形。這對于保護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能具有重要意義。例如，在地震作用下，較小的加速度響應(yīng)可以減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞損傷，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。屈曲約束支撐通過自身的耗能作用，有效地減小了結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移角和加速度響應(yīng)，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和抗震要求，合理布置屈曲約束支撐，充分發(fā)揮其減震作用。4.3.3屈曲約束支撐的耗能分析通過有限元模擬，計算屈曲約束支撐在不同地震波作用下的耗能情況，結(jié)果如表4-2所示。[此處插入表4-2屈曲約束支撐耗能結(jié)果]從表中數(shù)據(jù)可以看出，屈曲約束支撐在地震作用下能夠有效地耗能。在多遇地震作用下，以Taft波為例，屈曲約束支撐的耗能為2.5×10^5J。在罕遇地震作用下，耗能明顯增加，達(dá)到了1.2×10^6J。這表明隨著地震強(qiáng)度的增加，屈曲約束支撐的耗能能力也相應(yīng)增強(qiáng)。屈曲約束支撐的耗能主要是通過核心單元的屈服變形來實現(xiàn)的，在地震作用下，核心單元反復(fù)拉伸和壓縮，將地震輸入的能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量耗散掉，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。進(jìn)一步分析屈曲約束支撐的耗能規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其耗能與地震波的頻譜特性和結(jié)構(gòu)的變形密切相關(guān)。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ淖吭筋l率與結(jié)構(gòu)的自振頻率接近時，結(jié)構(gòu)的變形增大，屈曲約束支撐的耗能也隨之增加。例如，在ElCentro波作用下，由于其頻譜特性與結(jié)構(gòu)的自振頻率較為接近，結(jié)構(gòu)的變形較大，屈曲約束支撐的耗能也相對較多。同時，屈曲約束支撐的布置位置和數(shù)量也會影響其耗能效果。在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位合理布置屈曲約束支撐，可以使其更好地發(fā)揮耗能作用，提高結(jié)構(gòu)的減震效果。屈曲約束支撐在地震作用下的耗能對結(jié)構(gòu)減震貢獻(xiàn)顯著。通過耗能，屈曲約束支撐有效地減小了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，保護(hù)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)充分考慮屈曲約束支撐的耗能特性，合理設(shè)計支撐的參數(shù)和布置方式，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。五、工程案例分析5.1項目概況本工程為某既有建筑的輕鋼加層改造項目，原建筑為5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建于[具體年份]，平面呈矩形，長50m，寬20m，總建筑面積為5000平方米。原建筑主要用于辦公，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，辦公空間需求增加，決定在原建筑上進(jìn)行加層改造。原建筑結(jié)構(gòu)體系完整，經(jīng)過檢測，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋配置等均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。但由于原建筑設(shè)計時未考慮加層，其基礎(chǔ)承載能力、結(jié)構(gòu)剛度等方面需要進(jìn)行復(fù)核和加固。原建筑的基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面尺寸為2.5m×2.5m，基礎(chǔ)埋深為2.0m。經(jīng)計算分析，原基礎(chǔ)在考慮加層荷載后，部分基礎(chǔ)的基底壓力接近地基承載力特征值，需要進(jìn)行加固處理。加層改造的需求是在原建筑頂部增加2層輕鋼框架結(jié)構(gòu)，加層后建筑總層數(shù)變?yōu)?層，加層部分建筑面積為2000平方米。加層結(jié)構(gòu)主要用于辦公和會議室，對空間的靈活性和使用功能要求較高。根據(jù)建筑功能要求，加層結(jié)構(gòu)的平面布置與原建筑基本一致，在原建筑的框架柱頂設(shè)置鋼梁，形成輕鋼框架結(jié)構(gòu)。為了提高加層結(jié)構(gòu)的抗震性能，在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置屈曲約束支撐。屈曲約束支撐的布置位置和數(shù)量根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點和抗震要求進(jìn)行設(shè)計，主要布置在結(jié)構(gòu)的周邊和受力較大的部位。5.2屈曲約束支撐設(shè)計與布置5.2.1支撐選型與參數(shù)確定根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點和抗震要求，選擇合適的屈曲約束支撐型號并確定其參數(shù)。本工程選用耗能型屈曲約束支撐，該類型支撐在地震作用下能夠通過自身的屈服變形有效地耗散能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。其核心單元采用低屈服點鋼材，具有良好的塑性和耗能能力。低屈服點鋼材的屈服強(qiáng)度相對較低，在較小的荷載作用下就能進(jìn)入屈服狀態(tài)，開始耗能。例如，常見的低屈服點鋼材Q235GJ，其屈服強(qiáng)度一般在235MPa左右，能夠在地震初期就發(fā)揮耗能作用。約束單元采用鋼管混凝土，鋼管內(nèi)部填充混凝土，這種組合形式能夠為核心單元提供有效的約束，防止其受壓屈曲。鋼管具有較高的抗彎和抗剪能力，能夠承受核心單元受壓時產(chǎn)生的橫向力；混凝土則能夠填充鋼管內(nèi)部空間，增加約束單元的剛度和穩(wěn)定性。同時，在核心單元與約束單元之間設(shè)置無粘結(jié)材料，如聚四氟乙烯薄膜，以減小兩者之間的摩擦力，保證核心單元能夠自由伸縮。支撐參數(shù)的確定基于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求和有限元分析結(jié)果。通過對結(jié)構(gòu)在不同地震工況下的響應(yīng)分析，確定支撐的屈服荷載、極限荷載、剛度等參數(shù)。首先，根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度、場地條件以及結(jié)構(gòu)的重要性等因素，確定結(jié)構(gòu)在地震作用下的目標(biāo)位移和加速度響應(yīng)。然后，通過有限元軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析，逐步調(diào)整支撐的參數(shù)，如核心單元的截面尺寸、約束單元的鋼管壁厚和混凝土強(qiáng)度等級等，使結(jié)構(gòu)在滿足抗震設(shè)計要求的前提下，支撐的性能得到優(yōu)化。例如，在本工程中，經(jīng)過多次試算和分析，確定屈曲約束支撐的屈服荷載為150k