第3期 王树和等：新型三重钢管防屈曲耗能支撑的力学性能 411· 件的能量耗散能力应以荷载变形滞回曲线所包围的 型A的滞回曲线不稳定，耗能能力很弱，耗能系数 面积来衡量，即用能量耗散系数来衡量（图13）.耗 为1.14；模型B的最大拉应力比为1.24，最大压应 能系数是指一个振动周期内能量耗散量与振幅最大 力比为1.25，滞回曲线较为规则饱满，滞回圈基本 处所具弹性势能的比值，又称能量耗散系数，或能量 重合，耗能系数为2.3.模型C的最大拉应力比为 耗散比，表示为 1.36,最大压应力比为1.41，防屈曲耗能支撑的滞 TE=(SABc +ScDA)/(SOBE +SODF). (8) 回耗能性能稳定，滞回环曲线规律性和对称性较好， 式中：SBc和Sc4为滞回曲线上半部分与下半部分的 耗能系数达到了3.63.模型D的最大拉应力比为 面积，SBe和SoF为三角形的面积；nE为耗能系数， 1.45,最大压应力比为1.49，循环加载过程中D的 其值越大，耗能能力越强 滞回环曲线饱满，规律性和对称性很好，耗能系数为 5.41,整个循环加载过程支撑刚度未出现退化.通 力 过对比A、B、C和D的滞回曲线图可知，强度比入 对整体支撑滞回耗能性能有着较大影响，入较小时 滞回曲线出现捏拢现象，耗能能力差，当入取2.74 时支撑具有良好耗能能力 0 位移 3.3.3循环载荷下支撑的破坏模式 根据前面的分析，模型D的强度比满足要求， 整体支撑具有良好的滞回耗能能力.本节进一步研 究模型D的循环荷载作用下核心钢管的变形过程， 通过位移控制循环加载，得到核心钢管的变形破坏 图13耗能系数定义 Fig.13 Definition of energy dissipation coefficient 模式。加载结束后，滞回分析过程中受压状态防屈 曲耗能支撑轴向压缩比达到10%的情况下，模型D 图14为A、B、C和D四个支撑模型在整个加载 的连接段仍然处于弹性变形范围，可以保证核心支 过程中得到的防屈曲支撑核心耗能段位移一应力比 撑在环向约束力作用下通过塑性变形耗能. 滞回性能曲线，纵坐标应力比指的是构件内产生的 为了便于观察，将变形加以放大，如图15所示 应力与构件屈服应力的比值。从图中可以看出：模 首先核心钢管受压屈服，先进入四阶屈曲状态，此时 3 0 0 15 25 -25 15 5 25 位移/mm 位移/mm 2 2 0 0 125 15 5 15 25 215 -15 5 1525 位移/mm 位移/mm 图14不同模型滞回曲线.(a)A(A=1.00):()B(A=1.47):(c)C(A=1.79):(d)D(A=2.74) Fig.14 Hysteresis curves of models:(a)A (A =1.00):(b)B (A=1.47):(c)C =1.79)(d)D (=2.74)第 3 期 王树和等: 新型三重钢管防屈曲耗能支撑的力学性能 件的能量耗散能力应以荷载变形滞回曲线所包围的 面积来衡量，即用能量耗散系数来衡量( 图 13) ． 耗 能系数是指一个振动周期内能量耗散量与振幅最大 处所具弹性势能的比值，又称能量耗散系数，或能量 耗散比，表示为 ηE = ( SABC + SCDA ) /( SOBE + SODF ) ． ( 8) 图 14 不同模型滞回曲线． ( a) A ( λ = 1. 00) ; ( b) B ( λ = 1. 47) ; ( c) C ( λ = 1. 79) ; ( d) D ( λ = 2. 74) Fig． 14 Hysteresis curves of models: ( a) A ( λ = 1. 00) ; ( b) B ( λ = 1. 47) ; ( c) C ( λ = 1. 79) ; ( d) D ( λ = 2. 74) 式中: SABC和 SCDA为滞回曲线上半部分与下半部分的 面积，SOBE和 SODF为三角形的面积; ηE 为耗能系数， 其值越大，耗能能力越强． 图 13 耗能系数定义 Fig． 13 Definition of energy dissipation coefficient 图 14 为 A、B、C 和 D 四个支撑模型在整个加载 过程中得到的防屈曲支撑核心耗能段位移--应力比 滞回性能曲线，纵坐标应力比指的是构件内产生的 应力与构件屈服应力的比值． 从图中可以看出: 模 型 A 的滞回曲线不稳定，耗能能力很弱，耗能系数 为 1. 14; 模型 B 的最大拉应力比为 1. 24，最大压应 力比为 1. 25，滞回曲线较为规则饱满，滞回圈基本 重合，耗能系数为 2. 3． 模型 C 的最大拉应力比为 1. 36，最大压应力比为 1. 41，防屈曲耗能支撑的滞 回耗能性能稳定，滞回环曲线规律性和对称性较好， 耗能系数达到了 3. 63． 模型 D 的最大拉应力比为 1. 45，最大压应力比为 1. 49，循环加载过程中 D 的 滞回环曲线饱满，规律性和对称性很好，耗能系数为 5. 41，整个循环加载过程支撑刚度未出现退化． 通 过对比 A、B、C 和 D 的滞回曲线图可知，强度比 λ 对整体支撑滞回耗能性能有着较大影响，λ 较小时 滞回曲线出现捏拢现象，耗能能力差，当 λ 取 2. 74 时支撑具有良好耗能能力． 3. 3. 3 循环载荷下支撑的破坏模式 根据前面的分析，模型 D 的强度比满足要求， 整体支撑具有良好的滞回耗能能力． 本节进一步研 究模型 D 的循环荷载作用下核心钢管的变形过程， 通过位移控制循环加载，得到核心钢管的变形破坏 模式． 加载结束后，滞回分析过程中受压状态防屈 曲耗能支撑轴向压缩比达到 10% 的情况下，模型 D 的连接段仍然处于弹性变形范围，可以保证核心支 撑在环向约束力作用下通过塑性变形耗能． 为了便于观察，将变形加以放大，如图 15 所示． 首先核心钢管受压屈服，先进入四阶屈曲状态，此时 · 114 ·