索结构约束支撑在某项目中的应用

陈文龙

(山西八建集团有限公司，山西太原 030027)

索结构约束支撑在某项目中的应用

陈文龙

(山西八建集团有限公司，山西太原 030027)

介绍了索结构约束支撑的特点与设计原则，并通过ANSYS有限元软件，进行了弹性屈曲分析与滞回分析，指出将索结构约束支撑应用在某项目中，达到了承载力高、结构轻盈的效果。

索结构约束支撑，滞回分析，约束比，承载力

1 工程概况

索结构约束支撑首次被应用于某项目中，在支撑竖向荷载的同时，主要用于减少温度应力与消能减震的目的。在主门入口处对称设置6根索撑型屈曲约束支撑(见图1)，达到减少用钢量，提高整体结构抗震性能的目的。屈曲约束支撑会减小用钢量，截面更加经济，在地震中起到了“保险丝”的作用，可作为抗震设计的第一道防线首先进入屈服耗能，从而可大大减小主体框架结构的损坏，同时方便进行更换，维修成本低，经济效益好。防屈曲支撑的布置原则:使两个方向的振动频率相近，在高度方向不出现刚度突变，满足规范的层间位移角限值。

2 索桁架约束的防屈曲支撑介绍

索桁架约束的防屈曲支撑外围约束由外筒约束构件与索撑体系组成，外筒为普通防屈曲支撑的组成部分，索撑体系附加在外筒之上起到增大外筒抗弯刚度的作用。特别当支撑较长时，可有效提高其整体稳定承载力，获得纤细与美观的建筑效果，特别适用于体育馆等结构需要设置外露支撑的建筑中。

3 关键设计原则

索结构约束支撑位于钢结构主门中间的内核，屈服荷载为2 000 kN，支撑长度为28.970 m。位于两侧的内核屈服荷载分别为1 600 kN和1 528 kN，构件长度分别为25.997 m和25.945 m。防屈曲支撑的设计首先从结构整体设计与分析开始，由恒荷载、活荷载、风荷载或小震作用的最不利内力组合获得防屈曲支撑的内力设计值，接着从构件设计层次，依据构件的内力设计值确定内核截面面积和截面类型，并据此完成外围约束构件的设计以达到内核构件不屈曲的目的。支撑两端固接，一端与屋面单层钢架连接，另一端与分叉柱节点连接，采用法兰连接的方式。

图1 屈曲约束支撑布置图（黑色构件为索撑型屈曲约束支撑）

图2 屈曲约束构件有限元模型

图3 屈曲形式

图4 构件的滞回曲线

4 结构计算模型

计算基于通用有限元软件ANSYS15.0。内核、等效约束筒、弹性筒、撑杆和系杆采用Beam188单元模拟;拉索采用只拉不压Link180单元模拟。耦合内核与等效约束筒在同一截面处的侧向位移，来模拟内核与约束筒间的相互约束作用(见图2)。

5 控制性结果

5.1 约束比ζ

对不同形式的屈曲约束支撑和支撑的不同设计目标，约束比ζ有不同的取值，但至少应满足ζ≥1的要求。数值分析包括单向轴压和滞回分析，从而验证构件是否符合要求。采用约束比控制和有限元方法相结合的方式设计索撑型屈曲约束支撑。内核两端铰接进行弹性屈曲分析，得其弹性屈曲荷载，进而得到其约束比:ζ=1.35≥1。屈曲形式有单波对称屈曲和双波反对称屈曲两种形式(见图3)。

5.2 滞回分析

在支撑两端固接条件下，按一定的加载制度进行滞回分析，如图4所示，曲线饱满，无捏拢现象，满足滞回耗能的要求。

以中部的三根索为示意，在滞回过程中，索力的变化如图5所示。

加载完成后vonMises应力图如图6所示。

图6 加载完后的vonMises应力图

6 结语

1)索结构约束支撑适合超长支撑，支撑长度不受长细比限制，中心外筒截面较小，与其他结构连接灵活，可以刚接也可以铰接。2)通过控制外筒截面，解决了一定结构刚度下温度应力无止境上涨。3)经过弹性屈曲分析、滞回分析及承载力分析，实现这一承载力高，结构轻盈的效果。

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

陈文龙(1976-)，男，工程师