[发明专利]一种钢环减震耗能支撑体系及设计方法

权利要求书

1.一种钢环减震耗能支撑体系的设计方法，其特征在于，所述钢环减震耗能支撑体系包括钢框架，所述钢框架内侧两斜对角线两端均设置有钢环，每个所述钢环的一端通过连接件固定在所述钢框架上，每个所述钢环的另一端均通过钢条板支撑杆共同连接一圆环，所述圆环位于所述钢框架的中心位置；所述设计方法包括以下步骤：

(1)从整体上将环减震耗能支撑等效成中心交叉X型支撑体系，进而算出地震水平力对中心交叉X型支撑体系所产生的轴力；

(2)从个体上对中心交叉X型支撑体系构件进行分析计算，中心交叉X型支撑体系包括钢环、钢条板支撑杆和圆环，将钢环受力模型简化计算；钢条板支撑杆由于在地震作用下将受反复轴力作用，钢条板支撑杆的抗震按受压构件进行设计；将圆环受力模型简化计算；

所述步骤(1)中地震水平力对中心交叉X型支撑体系所产生的轴力计算公式如下：

式中，P为水平地震力，N为X支撑所承受的轴力，θ为钢条板支撑杆的倾斜角度；

所述步骤(2)的钢环受力模型简化计算包括以下步骤：

(1)根据钢环抗弯试验研究以及本着钢环承载力大，变形能力强的原则设定钢环相关尺寸大小范围：

长径比1/d：1/2≤1/d≤1；径厚比d/t：30≤d/t≤50；板厚t：6mm≤t≤12mm；

(2)钢环承载力的计算：

定义钢环的承载力为F

①弹性区域钢环承载力计算公式：

②塑性极限范围钢环承载力计算公式：

式中，σ为钢环受力F时对应的应力，f_y为钢环板的屈服应力；t为钢环厚度；l为钢环长度；R为钢环半径，根据计算结果选择合理的钢环应用于钢环减震耗能支撑结构中。

2.根据权利要求1所述的钢环减震耗能支撑体系的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)钢条板支撑杆的抗震按受压构件进行设计计算包括以下步骤：

(1)钢条板支撑杆承载力的计算

式中，F₁为钢条板支撑杆屈曲失稳时的轴向承载力，Ψ为钢条板支撑杆受循环荷载时的强度降低系数，为轴心受压构件的稳定系数，可以按照GB50017-2003《钢结构设计规范》的规定计算，A_b为钢条板支撑杆的截面面积，r_RE为钢条板支撑杆承载力抗震调整系数，f_y1为钢条板支撑杆材料的屈服强度，Fy为钢条板支撑杆材料的名义屈服强度，λn分别为钢条板支撑杆的正则化长细比，K、L、r分别为钢条板支撑杆的计算长度系数、几何长度、截面回旋半径，E为钢条板支撑杆材料的弹性模量，根据计算结果选择合理的钢条板支撑杆应用于钢环减震耗能支撑结构中去。

3.根据权利要求2所述的钢环减震耗能支撑体系的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)圆环受力模型简化计算的公式如下：

M_p＝w_c²t_wf_y2/4；

式中，f_y2为圆环的屈服强度，t_w为圆环厚度，w_c为圆环内外半径差，M_p为圆环的塑性极限弯矩，R₁为圆环内外半径之和的二分之一，F₂为圆环塑性变形的极限承载力，根据计算结果选择合理的圆环应用于钢环减震耗能支撑中，另外，中心交叉X型支撑体系的构件钢环、钢条板支撑杆和圆环构件的承载力F、F₁、F₂必须大于地震水平力P对中心交叉X型支撑体系所产生的轴力N，然而，为能充分发挥新结构抗震耗能的作用，因此钢条板支撑杆和圆环构件的承载力F₁和F₂两者都必须大于F，即：F≥N。