屈曲約束
關注創建者：好好學習223 創建時間：2022-11-09
屈曲約束的視頻教程
屈曲約束支撐（BRB）在SAP2000中的模擬，地震作用下滯回曲線
本課程主要講解屈曲約束支撐（BRB）在SAP2000中的模擬，并且對比帶屈曲約束支撐框架和無支撐框架在模態分析中的不同，最后對帶有屈曲約束支撐的框架進行了罕遇地震分析，對查看不同樓層的屈曲約束支撐的滯回曲線進行講解。
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ABAQUS可更換耗能連接（REDC）/屈曲約束支撐（BRB）滯回性能模擬——低周往復荷載試驗復現
可更換耗能連接（REDC）的工作機制與屈曲約束支撐（BRB）類似，通過內芯鋼板受拉時發生屈服，受壓時發生多波約束屈曲進行耗能，其滯回曲線通常飽滿。本期視頻帶來了此結構的滯回分析復現，試驗結果表明： 1.破壞形態與試驗結果吻合，內芯鋼板受壓發生多波屈曲，受拉屈服； 2.滯回曲線與試驗曲線一致，且曲線光滑； 后續教學需有一定基礎，針對模型關鍵細節進行講解（例如接觸、屈曲耗能等）。
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ABAQUS內置屈曲約束耗能鋼棒與碳纖維布加固的預應力混凝土橋墩滯回性能模擬—東南大學學位論文復現
本論文復現在無粘結預應力混凝土橋墩的底部安裝耗能鋼棒，并后澆混凝土對鋼棒形成約束，為防止混凝土過早脫落在橋墩底部包裹碳纖維布，鋼棒耗能機理類似BRB。有限元分析與試驗結果對比表明： 1、破壞形態與試驗吻合，均在橋墩底部發生混凝土壓潰； 2、滯回曲線與試驗吻合，并發生明顯捏縮。 后續教學需有一定基礎，針對模型關鍵細節進行講解（例如接觸、屈曲耗能、捏縮）。
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屈曲約束的實例教程
03
實驗對比
參考東南大學 吳京教授 課題組的國標Q235鋼屈曲約束支撐低周疲勞試驗研究相關數據，進行了數值模擬驗證。可以發現Perform3d的模擬結果與試驗結果吻合較好。
圖5 實驗與模擬數據對比
原創 2016-11-05 沈榕
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在拓撲優化中，如果將質量/體積響應作為目標函數，則初始設計空間材料密度將被置為 0.9；如果將質量/體積響應作為設計約束條件，那么初始設計空間材料密度將被置為設計約束條件的邊界值；如果質量/體積響應既沒有作為設計目標函數，也沒有作為設計約束條件出現，那么初始設計空間材料密度將被置為0.6。
問題26：如何在 OptiStruct進行迭代時，跟蹤監測優化迭代歷程？
解答：在OptiStruct 正在進行優化迭代時，您可以通過 AltairHyperWorks 中強大的時間歷程后處理工具 HyperGraph，打開優化工作目錄下的迭代歷史文件（iteration historyfile）.hgdata，然后可以動態的監測包括目標函數，設計變量，設計約束條件等與優化迭代相關的各類信息。在 Edit Curves 中點擊 Apply按鈕，曲線將被實時更新。
問題 27：能否在拓撲優化或自由尺寸優化中，增加屈曲約束條件？
解答：在進行拓撲優化時設置屈曲約束條件有以下問題：
（1）與在拓撲優化中通過響應函數施加應力約束條件類似，在拓撲優化中，增加屈曲約束條件也是有其局限性的。在結構中的某些部分消失時，并不存在結構不穩定問題。當設計空間中的某些部分的密度突然發生改變，并逼近 0 時，容易導致拓撲奇異問題（singular topology）。基于梯度法的優化算法很難對這種問題做出有效的響應。例如，考察某一中間開口的平板結構，該結構是否出現失穩現象的關鍵是開口附近區域的材料分布狀態。為了增強結構的穩定性，優化流程通常會嘗試在開口區域附近增加材料，而不是去除材料以在開口區域獲得更好的形態。這種現象阻止了優化引擎在該結構上尋找有意義的拓撲/形狀。
展開 1、支撐框架在兩個方向的布置均宜基本對稱，支撐框架之間樓蓋的長寬比不宜大于3.
2、三、四級且高度不大于50m的鋼結構宜采用中心支撐，也可采用偏心支撐、屈曲約束支撐等消能支撐。
3、中心支撐框架宜采用交叉支撐，也可采用人字支撐或單斜桿支撐，不宜采用K形支撐；支撐的軸線應交匯于梁柱構件軸線的交點，偏離交點時的偏心距不應超過支撐桿件寬度，并應計入由此產生的附加彎矩。當中心支撐采用只能受拉的單斜桿體系時，應同時設置不同傾斜方向的兩組斜桿，且每組中不同方向單斜桿的截面面積在水平方向的投影面積之差不應大于10％。
4、偏心支撐框架的每根支撐應至少有一端與框架梁連接，并在支撐與梁交點和柱之間或同一跨內另一支撐與梁交點之間形成消能梁段。
5、采用屈曲約束支撐時，宜采用人字支撐、成對布置的單斜桿支撐等形式，不應采用K形或X形，支撐與柱的夾角宜在35°～55°之間。屈曲約束支撐受壓時，其設計參數、性能檢驗和作為二種消能部件的計算方法可按相關要求設計。
08 鋼結構抗震計算的阻尼比選取是多少？
1、多遇地震下的計算：高度不大于50m時可取0.04；高度大于50m且小于200m時，可取0.03；高度不小于200m時，宜取0.02.
2、當偏心支撐框架部分承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50％時，其阻尼比可比本條1款相應增加0.005.
3、在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取0.05.
09 單層廠房砌體墻的厚度多少合適？
砌體墻在單層工業廠房中：除跨度小于15m，吊車噸位小于5t時，作為承重和圍護結構之用外，一般只起圍護作用。
磚墻的厚度一般為240mm和365mm，其它砌體墻厚度200～300mm.
展開 1、支撐框架在兩個方向的布置均宜基本對稱，支撐框架之間樓蓋的長寬比不宜大于3.
2、三、四級且高度不大于50m的鋼結構宜采用中心支撐，也可采用偏心支撐、屈曲約束支撐等消能支撐。
3、中心支撐框架宜采用交叉支撐，也可采用人字支撐或單斜桿支撐，不宜采用K形支撐；支撐的軸線應交匯于梁柱構件軸線的交點，偏離交點時的偏心距不應超過支撐桿件寬度，并應計入由此產生的附加彎矩。當中心支撐采用只能受拉的單斜桿體系時，應同時設置不同傾斜方向的兩組斜桿，且每組中不同方向單斜桿的截面面積在水平方向的投影面積之差不應大于10％。
4、偏心支撐框架的每根支撐應至少有一端與框架梁連接，并在支撐與梁交點和柱之間或同一跨內另一支撐與梁交點之間形成消能梁段。
5、采用屈曲約束支撐時，宜采用人字支撐、成對布置的單斜桿支撐等形式，不應采用K形或X形，支撐與柱的夾角宜在35°——55°之間。屈曲約束支撐受壓時，其設計參數、性能檢驗和作為二種消能部件的計算方法可按相關要求設計。
08 鋼結構抗震計算的阻尼比選取是多少？
1、多遇地震下的計算：高度不大于50m時可取0.04；高度大于50m且小于200m時，可取0.03；高度不小于200m時，宜取0.02.
2、當偏心支撐框架部分承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50％時，其阻尼比可比本條1款相應增加0.005.
3、在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取0.05.
09 單層廠房砌體墻的厚度多少合適？
砌體墻在單層工業廠房中：除跨度小于15m，吊車噸位小于5t時，作為承重和圍護結構之用外，一般只起圍護作用。
磚墻的厚度一般為240mm和365mm，其它砌體墻厚度200——300mm。
展開 根據這些方案建立了有限元模型，并 以此為初始設計進行了尺寸優化和形狀優化，在這些優化中同時考慮了應力和屈曲約束。
機翼前緣肋的尺寸優化和形狀優化
根據拓撲優化的結果，可以確定一個擁有最佳載荷路徑的設計方案。將結果中的材料高密度區域作為結構，而 將材料低密度的區域用孔來表示，這就使拓撲優化的設計結果接近于桁架結構。
A380的設計者們繼續合作，開發出一整套桁架和剪切板混合的設計方案。在桁架結構的中央增加了豎直的硬板， 從而為單面加工的肋板生成T型的截面并為雙面加工的肋板生成十字型的截面。根據這些方案建立了有限元模型，并 以此為初始設計進行了尺寸優化和形狀優化，在這些優化中同時考慮了應力和屈曲約束。
結論
整個襟翼部分的重量減輕了 44%，減重達到 500kg。
? 所有 13 根肋的設計方案在七個星期內遞交，保證了設計進度。
? 證明 Altair OptiStruct 可以成功地被集成到 Airbus 的設計工具和整體設計流程中。
? Altair 被授予 Airbus 的創新設計獎。
? A380 每英里每座的運行成本為 2.5 美分，比 B747 降低 20%。
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（2） 上面方法缺點是實際工程我們不知道應該加哪個強制約束點或者如殼的屈曲，強制約束點太多無妨加和實際一樣的強制位移，所以實際工程更多的是加力，做出力和位移的關系，此時由于要越過馬鞍點，一般在有限元中采用弧長法（Risk）替代Newton迭代來計算，具體可看系列文章4：非線性問題的求解。
方法一的重點在于影響構件橫向扭轉屈曲的約束/計算長度系數是否能合理指定。
方法二提供了更通用的穩定驗算思路，但是操作步驟較多。邊界條件和分析方法設置不當會導致扭矩值過大（計算不收斂）或者扭矩偏小（應力比偏小），這對于結果都有很大影響。
如果有些內力成分太大無法忽略，截面無法替換，那再考慮用方法二。
6.3.20-2 上部結構底層不應采用偏心支撐，宜采用屈曲約束支撐（BRB）或中心支撐 。隔震結構抗震計算時，鋼框架一支撐結構的框架部分按剛度分配計算得到的地震層剪力應乘以調整系數，達到不小于上部結構底部總地震剪力的25%和框架部分計算最大層剪力1.8倍二者的較小值。（6.3.22）
7.1.2 大跨屋蓋建筑中的隔震支座宜采用隔震橡膠支座、摩擦擺隔震支座或彈性滑板支座。
[11] 蔣慶，劉一博，馮玉龍，等.含屈曲約束耗能件的鋼框架節點抗震性能有限元分析[J].建筑結構，2020,50(S1):376-382.
[12] 肖成凱，謝沛醒，王至愛，等.裝配式鋼框架與外掛墻板連接節點研究探究[J].建筑結構，2021,51(S1):1196-1202.
采用abaqus對其進行線性屈曲分析，模型約束條件為:對撐支座處設置為鉸接，桿件交匯處設置支座使其不發生重力方向的移動，并施加水平彈簧支座，模擬立柱對對撐提供的側向剛度，具體屈曲模態結果見圖4所示。通過計算得到的臨界承載力，采用歐拉公式反推對撐的計算長度，最終結果匯總見表2所示。
對于消能阻尼器通常選擇以下本構進行模擬：
軟鋼消能器和屈曲約束支撐可采用
雙線性模型或Wen模型
；
摩擦消能器、鉛消能器可采用
理想彈塑性模型
；
黏滯消能器可采用
Maxwell模型
；
黏彈性消能器可采用Kelvin模型。
根據這些方案建立了有限元模型，并 以此為初始設計進行了尺寸優化和形狀優化，在這些優化中同時考慮了應力和屈曲約束。
結論
整個襟翼部分的重量減輕了 44%，減重達到 500kg。
最后進行鋪層尺寸的優化，優化過程中除了應用應變和屈曲約束，還用到Multi-continuum理論（MCT）的失效準則。MCT通過將鋪層整體的應力應變分割成各組成部分（纖維和基體）的應力應變的方式來研究復合材料結構中的微觀力學。這 將允許使用不同的失效理論研究纖維和基體來獲得每個組成部分的力學特性。
5、采用屈曲約束支撐時，宜采用人字支撐、成對布置的單斜桿支撐等形式，不應采用K形或X形，支撐與柱的夾角宜在35°——55°之間。屈曲約束支撐受壓時，其設計參數、性能檢驗和作為二種消能部件的計算方法可按相關要求設計。
08 鋼結構抗震計算的阻尼比選取是多少？
看圖：
3、塞焊縫和槽焊縫
原規范中對圓形塞焊焊縫、圓孔或槽孔內角焊縫沒有作出規定，考慮工程中已有較多應用，因此這次標準將圓形塞焊焊縫、圓孔或槽孔內角焊縫列入標準，且只能用于抗剪和防止板件屈曲的約束連接。那啥是塞焊縫和槽焊縫呢？
