屈曲约束支撑(BRB)
屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Brace),简称BRB,它具有受压时屈服而不屈曲的优点,既可以像普通支撑一样为结构提供附加刚度,又能够耗散地震的能量,降低结构主要构件在地震中的损伤,保护主体结构。
BRB一般由三部分组成,即核心单元、外约束单元以及核心单元与外约束单元之间的无粘结材料。
核心单元为主要受力构件,由低屈服点钢组成,其形状一般有一字型和十字型两种。外约束单元提供侧向约束,防止核心单元发生屈曲失稳,常用的有钢管混凝土约束单元以及纯钢约束单元,无粘结单元包裹在核心单元的表面,起到减小核心单元与外约束单元之间摩擦力的作用。
屈曲约束支撑一方面可以避免普通钢支撑拉压承载力差异显著;另一方面具有金属阻尼器耗能能力,在结构中充当保险丝的作用,使结构处于弹性状态。
2.BRB与普通支撑框架设计异同点
设计项目 | 普通支撑框架 | 屈曲约束支撑框架 |
支撑布置 | 可选用X型支撑布置 | 不可选用X型支撑布置 |
构件验算 | 小震和风荷载下需要进行稳定承载力验算 | 小震和风载荷下只进行强度验算,产品本身已满足稳定性要求 |
节点设计 | 根据支撑抗拉屈服承载力设计 | 根据支撑极限支撑力设计 |
弹塑性时程分析 | 应采用拉压不对称滞回模型 | 可采用简单双线型滞回模型 |
状态 | 传统支撑框架 | 防屈曲支撑框架 | ||
主体结构 | 普通支撑 | 主体结构 | 防屈曲支撑 | |
小震 | 弹性 | 弹性 | 弹性 | 弹性 |
中震 | 弹性或塑性 | 弹性或屈曲 | 弹性 | 塑性(耗能) |
大震 | 塑性 | 屈曲 | 弹性或塑性 | 塑性(耗能) |
中、大震后 | 拆除损坏部分,影响建筑使用 | 可更换防屈曲支撑,不影响建筑物使用 |
3.防屈曲支撑的优点
(1)承载力高、合理调节抗侧刚度
屈曲约束支撑:中心支撑框架构件的抗震承载力验算,应符合下列规定:
支撑斜杆的受压承载力应按下式验算:
其中=1/(1+0.35) =()
式中:N为支撑斜杆的轴向力设计值;Abr为支撑斜杆的截面面积;为轴心受压构件的稳定系数;为受循环荷载时的强度降低系数;、为支撑斜杆的长细比和正则化长细比;E为支撑杆钢材的弹性模量;、分别为钢材强度设计值和屈服强度;为支撑稳定破坏承载力抗震调整系数。
=
式中,为防屈曲支撑芯材截面面积;为防屈曲支撑芯材强度设计值。
普通支撑是稳定受压承载力控制,其刚度较大,因此对周边连接构件受力影响较大,防屈曲支撑可通过钢套筒的约束作用使其保持稳定性要求,因此刚度可根据设计需要进行调整,既节约了构件用钢量,又减少了结构的基底剪力。小震时防屈曲支撑的线弹性刚度高,可以很容易满足规范的变形要求。
(2)延性与耗能性能良好
采用防屈曲支撑的建筑结构具有优于普通结构的抗震能力。第一,建筑物的刚度适当,作用于其上的地震作用较小。普通支撑因为既要满足结构的刚度要求,又要满足自身的稳定性要求,断面尺寸通常比防屈曲支撑大。这就使得建筑物的刚度较大,从而导致地震作用较大。反之,防屈曲支撑只要满足结构的刚度要求和自身的强度要求即可,自身的稳定性由外包钢管及附着物来保证,因此内核钢支撑有效断面尺寸较小,建筑物的刚度适当,从而使得地震作用较小。第二,建筑物的刚度在支撑屈服后不会突然下降,结构整体延性较好。普通支撑一旦受压失稳就会推出工作,结构刚度就会突然下降,结构的抗震能力也就突然减小很多,结构整体延性较差。防屈曲支撑即使受压屈服,还会继续保持承载力,结构刚度降低幅度不大,结构整体仍然具有较好的承载力。第三,建筑物在中震和大震作用下将具有良好的减震能力,主体结构构件损伤较轻。普通支撑在中震和大震作用下失稳以后退出工作,框架梁、柱将依靠梁端和柱端的塑性铰来耗散地震能量,主体结构必然损伤严重。防屈曲支撑在中震和大震作用下屈服以后,具有更强和更稳定的能量耗散能力,耗散作用到结构中的地震能量,保护主体结构,因此主体结构损伤较轻。
(3)提供附加阻尼比
防屈曲支撑可根据项目特点,合理设计的防屈曲支撑可使其在多遇地震作用下屈服耗能,小震作用下提供附加阻尼比,减小地震作用,能减小梁、柱、墙的截面大小,不仅能提高结构的安全性能,还能减小工程造价。
(4)降低工程综合造价
采用防屈曲支撑,可以减小基底剪力,降低结构所承受的地震作用,由此可以减少梁、柱、基础的截面尺寸以及由此产生的施工费用。结构遭受地震时,能量均由防屈曲支撑耗散,梁、柱等主体结构构件不会发生破坏,是整个结构的“保险丝”,大震后可以方便更换损坏的支撑。
(5)安装方便且经济
防屈曲支撑可通过螺栓或者销轴连接到节点板,安装方便而且经济。
4.安装方式
人字撑 斜撑
5.节点安装方式
节点安装方式1 节点安装方式2 节点安装方式3 节点安装方式4