土木工程

屈曲约束支撑

屈曲约束支撑


  1. 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。

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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