屈曲約束支撐在工程中的應用研究

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1、屈曲約束支撐在工程中的應用研究屈曲支撐及其特點；本課題研究的目的和意義；本課題研究需要解決的問題屈曲支撐設(shè)計要點；屈曲支撐工程應用實例；本課題研究成果；以下幾個方面分別介紹：一.屈曲支撐及其特點圖1屈曲約束支撐構(gòu)件組成示意圖1.屈曲約束支撐簡介屈曲約束支撐（bukling-restrainedbrace）簡稱屈曲支撐（BRB），是一種在受拉和受壓均能達到屈服而不發(fā)生屈曲失穩(wěn)的軸向受力構(gòu)件，一般地，BRB由三部分組成，即核心單元（芯材）、約束單位以及藥材和約束單元之間的無粘結(jié)材料組成，如圖1所示。一

2、.屈曲支撐及其特點（續(xù)）核心單元構(gòu)件是主要受力構(gòu)件，由低強度鋼板組成，常見的形狀為十字形和一字形，約束單元提供側(cè)向約束，防止芯材受壓時發(fā)生屈曲失穩(wěn)，目前常用的為鋼管砼，無粘結(jié)材料倉裹在核心單元的表面，用于消除核心單元與約束單元之間的摩擦力。屈曲支撐于本世紀初在美國、日本等國得到了廣泛的研究與應用，近年來，在我國已得到廣泛關(guān)注，并部分用于實際工程中，如上海東方體育中心、上海世博中心、北京銀泰中心、以及中小學抗震加固改造等等。如下所示：1.上海東方體育中心鋼框架支撐結(jié)構(gòu)類型支撐框架梁框架柱桁架主體結(jié)構(gòu)

3、總用鋼量屈曲約束支撐431t2341t3063t1959t7794t普通支撐1120t2458t3271t1959t8808t上海世博中心一.屈曲支撐及其特點（續(xù)）2．屈曲支撐的特點（與普通支撐的對比）：普通支撐常用的形式：圖3、圖4圖3中心支撐圖4偏心支撐一.屈曲支撐及其特點（續(xù)）屈曲支撐常用的形式如圖5所示：圖5屈曲支撐一.屈曲支撐及其特點（續(xù)）a.普通中心支撐：特點：支撐受壓屈曲，剛度迅速下降，承載力低，耗能受力差。b.普通偏心支撐：特點：有耗能梁段，耗能性能好，但支撐強度不能充分發(fā)揮，震后

4、修復困難。c.屈曲約束支撐：特點：支撐不會屈曲，只會屈服，通過支撐屈服耗能保護梁、柱構(gòu)件不破壞，減小了大震下的變形，且因只發(fā)生支撐屈服，震后易于更換。支撐剛度的強度完全發(fā)揮，一般來說，相同剛度下，承載能力比普通支撐提高3~10倍。一.屈曲支撐及其特點（續(xù)）“小震經(jīng)濟”、“中震不壞”、“大震易修”是屈曲約束支撐的特點，顯然完全達到了現(xiàn)行國家標準規(guī)定的抗震設(shè)防三水位“小震不壞、大震不倒、中震可修”，而且在此基礎(chǔ)上更上一層樓。1.二．本課題研究的目的和意義1．屈曲支撐具有良好的承載力，更具有非常好的變形

5、耗能能力，減震作用十分明顯，新編國家抗震規(guī)范GB50011-2010正式規(guī)定消能減震結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯提高時，主體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造可以適當降低，最大可降低1度，這對于現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的加固改造具有十分重要的意義。1.二．本課題研究的目的和意義（續(xù)）2．近年來，本院設(shè)計的工程日趨復雜，性能化設(shè)計將成不可避免，通過學習中震、大震下屈曲支撐的彈塑性設(shè)計方法，對今后的復雜工程設(shè)計具有很強的指導意義。1.三．本課題研究需要解決的問題：1：了解屈曲支撐的性能、構(gòu)造特點及國內(nèi)外研究應用現(xiàn)狀。2：掌握屈曲支撐兩階段計算

6、分析方法，重點突破彈塑性階段的計算分析方法。3：選擇合適工程應用。。1.四．屈曲支撐設(shè)計要點：屈曲支撐根據(jù)工程應用模式的不同，可分為耗能型屈曲支撐，屈曲約束支撐型阻尼器和承載型屈曲支撐三類。四．屈曲支撐設(shè)計要點：（續(xù)）1．承載型屈曲支撐設(shè)計：小震作用：N≤0.9fayA1N——屈曲支撐軸力設(shè)計值fay——芯材的屈服強度標準值A(chǔ)1——芯材的截面面積中震作用：滿足“中震不屈服”的要求。計算軟件：采用satwe計算構(gòu)件內(nèi)力，在通過查屈曲支撐手冊選取屈曲支撐的截面。四．屈曲支撐設(shè)計要點：（續(xù)）2．耗能型屈

7、曲支撐設(shè)計：小震作用下，計算方法與承載型屈曲支撐相同。中震和大震下的驗算應采用彈性性分析，此時，屈曲支撐采用雙線性恢復力模型。圖6計算軟件：靜力彈塑性采用ETABS，動力彈塑性采用SAP2000，Perform-3D等軟件。圖6四．屈曲支撐設(shè)計要點：（續(xù)）3．屈曲支撐型阻尼器：屈曲支撐型阻尼器是一種位移相關(guān)型消能器，其設(shè)計方法同位移型阻尼器；小震時，鋼材即進入屈服耗能，并產(chǎn)生附加阻尼，附加阻尼按下述公式確定：Qa=∑Wcj/(4∏Ws)Qa——屈曲支撐附加有效阻尼Wcj——第j個屈曲支撐在結(jié)構(gòu)預期

8、層間位移計uj下往復循環(huán)一周所消耗的能量。Ws——設(shè)置屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)在預期位移下的總應變能，中震和大震下的驗算采用彈塑性分析法。計算軟件，與耗能型屈曲支撐相同。四．屈曲支撐設(shè)計要點：（續(xù)）4．屈曲支撐的節(jié)點設(shè)計：根據(jù)強節(jié)點弱構(gòu)件的設(shè)計原則：對耗能型或屈曲支撐阻尼器：Fc≥1.2WNysc對承載型屈曲支撐：Fc≥1.2NyscFc——承受屈曲約束支撐軸力的鏈接作用力設(shè)計值。W——應變強化調(diào)整系數(shù)，根據(jù)芯材的型號取1.5～2.0。Nysc——屈曲約束支撐屈服承載力。五.屈曲支撐工程