【技術實現步驟摘要】
本申請涉及鋼結構防護，尤其涉及一種集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統及設計方法。
技術介紹
1、鋼結構的抗屈曲能力對建筑的安全性和耐久性具有至關重要的作用，特別是在承受橫向荷載和地震作用時。現有的抗屈曲裝置，如傳統的加勁構件、外部支撐框架和阻尼裝置，雖然在一定程度上提高了構件的穩定性，但仍存在一些不足之處。例如，傳統加勁裝置的抗腐蝕能力較差，尤其在潮濕或腐蝕性環境中易受損，維護成本較高；阻尼裝置往往在受震后不可恢復原狀，耗能特性有限，難以適應高強度的外力沖擊；且不少裝置的延性較差，在大變形情況下容易發生脆性失效。
2、因此，現有技術還有待于改進和發展。
技術實現思路
1、本申請的主要目的在于提供一種集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統及設計方法，旨在解決現有技術中鋼結構在濱海環境和地震荷載下通過抗屈曲裝置抗屈曲時，裝置抗腐蝕能力、抗沖擊力或延性較差，導致鋼結構的抗腐蝕性能較差的問題。
2、本申請實施例第一方面提供一種集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，所述集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統包括復合筋、電源和傳感組件，所述復合筋和所述傳感組件安裝在鋼結構柱上；所述復合筋包括多個斜拉組件，多個所述斜拉組件對稱分布在所述鋼結構柱的兩側；每一所述斜拉組件包括相絕緣的形狀記憶合金結構和纖維增強復合結構，所述纖維增強復合結構設置在所述形狀記憶合金結構的凹槽中，每一所述斜拉組件對應的所述形狀記憶合金結構的兩端分別連接所述電源的正負極，且每一所
3、可選地，在本申請的一個實施例中，所述鋼結構柱的兩側分別設有第一橫向支撐和第二橫向支撐，多個所述斜拉組件包括第一斜拉、第二斜拉、第三斜拉和第四斜拉，所述第一斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的頂端和所述第一橫向支撐的上側端，所述第二斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的頂端和所述第二橫向支撐的上側端，所述第三斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的底端和所述第一橫向支撐的下側端，所述第四斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的底端和所述第二橫向支撐的下側端。
4、可選地，在本申請的一個實施例中，所述傳感組件包括第一應變傳感器和第二應變傳感器，所述第一應變傳感器設置在所述第一斜拉上，所述第二應變傳感器設置在所述第二斜拉上；當所述第一應變傳感器檢測到所述第一斜拉的應變大于預設值時，所述電源向所述第一斜拉和所述第三斜拉施加激勵電流，以使所述第一斜拉和所述第三斜拉恢復至初始長度；當所述第一應變傳感器檢測到所述第二斜拉的應變大于預設值，所述電源向所述第二斜拉和所述第四斜拉施加激勵電流，以使所述第二斜拉和所述第四斜拉恢復至初始長度。
5、可選地，在本申請的一個實施例中，所述凹槽內填充有絕緣層，所述纖維增強復合結構通過所述絕緣層與所述形狀記憶合金結構相絕緣。
6、可選地，在本申請的一個實施例中，每一所述斜拉組件包括增強段、兩個變截面段和兩個安裝段，兩個所述安裝段位于兩端，所述增強段位于中間，每個所述變截面段分別連接所述增強段的一端和一個所述安裝段，且所述增強段的直徑小于所述安裝段的直徑。
7、可選地，在本申請的一個實施例中，所述凹槽為環狀槽，所述環狀槽截面呈圓形或矩形，所述環狀槽用于錨固所述纖維增強復合結構，所述纖維增強復合結構的極限應變范圍為1.5%-2%。
8、本申請實施例第二方面還提供一種基于上述方案中任一項所述集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統的抗屈曲設計方法，其中，所述抗屈曲設計方法包括：確定所述形狀記憶合金結構的尺寸和材料屬性，并構建所述形狀記憶合金結構與對應的所述纖維增強復合結構之間的關系式；根據所述尺寸、所述材料屬性和所述關系式，確定所述形狀記憶合金結構的角度和所述纖維增強復合結構的用量；根據所述角度和所述用量，在將所述形狀記憶合金結構和對應的所述纖維增強復合結構形成斜拉組件后，多個斜拉組件安裝在鋼結構柱上，若所述鋼結構柱的剛度達到臨界剛度時，完成一個所述斜拉組件抗屈曲設計。
9、可選地，在本申請的一個實施例中，所述材料屬性包括所述形狀記憶合金結構頸縮處的軸向應變、對應的截面壓力和強化段模量；所述確定所述形狀記憶合金結構的尺寸和材料屬性，具體包括：基于所述鋼結構柱的參數，確定所述形狀記憶合金結構的尺寸；基于所述形狀記憶合金結構的應力應變曲線，確定所述形狀記憶合金結構頸縮處的軸向應變、對應的截面壓力和強化段模量。
10、可選地，在本申請的一個實施例中，所述關系式如下：
11、；
12、其中，為纖維增強復合結構的面積，為纖維增強復合結構的彈性模量，為纖維增強復合結構的纏繞角度，為形狀記憶合金結構的頸縮截面的應變，為形狀記憶合金結構的頸縮應變對應的軸向應變轉換系數，為形狀記憶合金結構的半徑，為形狀記憶合金結構截面中心至纖維增強復合結構截面中心的距離，為形狀記憶合金結構的頸縮應變對應的纖維增強復合結構彈性模量轉化系數，為形狀記憶合金結構的頸縮應變對應的纖維增強復合結構面積轉化系數；為形狀記憶合金結構的截面積，為形狀記憶合金結構的頸縮截面處應變對應的應力，為形狀記憶合金結構的強化段模量。
13、可選地，在本申請的一個實施例中，所述臨界剛度表示為：
14、；
15、其中，為臨界剛度，為斜拉組件的容許應力，為斜拉組件兩端的設計應力，為矩形柱的高度，為矩形柱的設計軸向壓力。
16、有益效果：本申請提供一種集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統及設計方法，在該抗屈曲系統中，通過記憶合金結構和對應的纖維增強復合結構形成一斜拉組件，多個斜拉組件安裝在鋼結構柱上，通過鋼結構柱表面的傳感組件檢測應變，從而通過電源對受拉的斜拉組件中的纖維增強復合結構施加激勵電流以恢復至原始目標長度，從而鋼結構柱在濱海環境和地震載荷下，通過各斜拉組件保護鋼結構柱，提高結構的抗腐蝕性能，且斜拉組件能夠進行自調節，提高結構的恢復能力。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統包括復合筋、電源和傳感組件，所述復合筋和所述傳感組件安裝在鋼結構柱上；
2.根據權利要求1所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述鋼結構柱的兩側分別設有第一橫向支撐和第二橫向支撐，多個所述斜拉組件包括第一斜拉、第二斜拉、第三斜拉和第四斜拉，所述第一斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的頂端和所述第一橫向支撐的上側端，所述第二斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的頂端和所述第二橫向支撐的上側端，所述第三斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的底端和所述第一橫向支撐的下側端，所述第四斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的底端和所述第二橫向支撐的下側端。
3.根據權利要求2所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述傳感組件包括第一應變傳感器和第二應變傳感器，所述第一應變傳感器設置在所述第一斜拉上，所述第二應變傳感器設置在所述第二斜拉上；
4.根據權利要求1所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所
5.根據權利要求1所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，每一所述斜拉組件包括增強段、兩個變截面段和兩個安裝段，兩個所述安裝段位于兩端，所述增強段位于中間，每個所述變截面段分別連接所述增強段的一端和一個所述安裝段，且所述增強段的直徑小于所述安裝段的直徑。
6.根據權利要求1所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述凹槽為環狀槽，所述環狀槽截面呈圓形或矩形，所述環狀槽用于錨固所述纖維增強復合結構，所述纖維增強復合結構的極限應變范圍為1.5%-2%。
7.一種基于權利要求1至6任一項所述集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統的抗屈曲設計方法，其特征在于，所述抗屈曲設計方法包括：
8.根據權利要求7所述的抗屈曲系統的抗屈曲設計方法，其特征在于，所述材料屬性包括所述形狀記憶合金結構頸縮處的軸向應變、對應的截面壓力和強化段模量；
9.根據權利要求7所述的抗屈曲系統的抗屈曲設計方法，其特征在于，所述關系式如下：
10.根據權利要求7所述的抗屈曲系統的抗屈曲設計方法，其特征在于，所述臨界剛度表示為：
...【技術特征摘要】
1.一種集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統包括復合筋、電源和傳感組件，所述復合筋和所述傳感組件安裝在鋼結構柱上；
2.根據權利要求1所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述鋼結構柱的兩側分別設有第一橫向支撐和第二橫向支撐，多個所述斜拉組件包括第一斜拉、第二斜拉、第三斜拉和第四斜拉，所述第一斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的頂端和所述第一橫向支撐的上側端，所述第二斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的頂端和所述第二橫向支撐的上側端，所述第三斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的底端和所述第一橫向支撐的下側端，所述第四斜拉的兩端分別連接所述鋼結構柱的底端和所述第二橫向支撐的下側端。
3.根據權利要求2所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述傳感組件包括第一應變傳感器和第二應變傳感器，所述第一應變傳感器設置在所述第一斜拉上，所述第二應變傳感器設置在所述第二斜拉上；
4.根據權利要求1所述的集應力驅動自調節與陰極保護功能的抗屈曲系統，其特征在于，所述凹槽內填充有絕緣層，所述纖維增強復合結構通過所述絕緣層與...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡彪，葉增輝，周英武，李雪，吳宇飛，陳鋮，黃曉旭，劉睿博，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：發明
國別省市：
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