屈曲约束支撑在工程中的应用研究.ppt

屈曲约束支撑在工程中的应用研究 屈曲支撑及其特点 本课题研究的目的和意义 本课题研究需要解决的问题屈曲支撑设计要点 屈曲支撑工程应用实例 本课题研究成果 以下几个方面分别介绍 一 屈曲支撑及其特点 图1屈曲约束支撑构件组成示意图 1 屈曲约束支撑简介屈曲约束支撑 bukling restrainedbrace 简称屈曲支撑 BRB 是一种在受拉和受压均能达到屈服而不发生屈曲失稳的轴向受力构件 一般地 BRB由三部分组成 即核心单元 芯材 约束单位以及药材和约束单元之间的无粘结材料组成 如图1所示 一 屈曲支撑及其特点 续 核心单元构件是主要受力构件 由低强度钢板组成 常见的形状为十字形和一字形 约束单元提供侧向约束 防止芯材受压时发生屈曲失稳 目前常用的为钢管砼 无粘结材料仓裹在核心单元的表面 用于消除核心单元与约束单元之间的摩擦力 屈曲支撑于本世纪初在美国 日本等国得到了广泛的研究与应用 近年来 在我国已得到广泛关注 并部分用于实际工程中 如上海东方体育中心 上海世博中心 北京银泰中心 以及中小学抗震加固改造等等 如下所示 1 上海东方体育中心 钢框架支撑 上海世博中心 一 屈曲支撑及其特点 续 2 屈曲支撑的特点 与普通支撑的对比 普通支撑常用的形式 图3 图4 图3中心支撑 图4偏心支撑 一 屈曲支撑及其特点 续 屈曲支撑常用的形式如图5所示 图5屈曲支撑 一 屈曲支撑及其特点 续 a 普通中心支撑 特点 支撑受压屈曲 刚度迅速下降 承载力低 耗能受力差 b 普通偏心支撑 特点 有耗能梁段 耗能性能好 但支撑强度不能充分发挥 震后修复困难 c 屈曲约束支撑 特点 支撑不会屈曲 只会屈服 通过支撑屈服耗能保护梁 柱构件不破坏 减小了大震下的变形 且因只发生支撑屈服 震后易于更换 支撑刚度的强度完全发挥 一般来说 相同刚度下 承载能力比普通支撑提高3 10倍 一 屈曲支撑及其特点 续 小震经济 中震不坏 大震易修 是屈曲约束支撑的特点 显然完全达到了现行国家标准规定的抗震设防三水位 小震不坏 大震不倒 中震可修 而且在此基础上更上一层楼 1 二 本课题研究的目的和意义 1 屈曲支撑具有良好的承载力 更具有非常好的变形耗能能力 减震作用十分明显 新编国家抗震规范GB50011 2010正式规定消能减震结构的抗震性能明显提高时 主体结构的抗震构造可以适当降低 最大可降低1度 这对于现有建筑结构的加固改造具有十分重要的意义 1 二 本课题研究的目的和意义 续 2 近年来 本院设计的工程日趋复杂 性能化设计将成不可避免 通过学习中震 大震下屈曲支撑的弹塑性设计方法 对今后的复杂工程设计具有很强的指导意义 1 三 本课题研究需要解决的问题 1 了解屈曲支撑的性能 构造特点及国内外研究应用现状 2 掌握屈曲支撑两阶段计算分析方法 重点突破弹塑性阶段的计算分析方法 3 选择合适工程应用 1 四 屈曲支撑设计要点 屈曲支撑根据工程应用模式的不同 可分为耗能型屈曲支撑 屈曲约束支撑型阻尼器和承载型屈曲支撑三类 四 屈曲支撑设计要点 续 1 承载型屈曲支撑设计 小震作用 N 0 9fayA1N 屈曲支撑轴力设计值fay 芯材的屈服强度标准值A1 芯材的截面面积中震作用 满足 中震不屈服 的要求 计算软件 采用satwe计算构件内力 在通过查屈曲支撑手册选取屈曲支撑的截面 四 屈曲支撑设计要点 续 2 耗能型屈曲支撑设计 小震作用下 计算方法与承载型屈曲支撑相同 中震和大震下的验算应采用弹性性分析 此时 屈曲支撑采用双线性恢复力模型 图6计算软件 静力弹塑性采用ETABS 动力弹塑性采用SAP2000 Perform 3D等软件 图6 四 屈曲支撑设计要点 续 3 屈曲支撑型阻尼器 屈曲支撑型阻尼器是一种位移相关型消能器 其设计方法同位移型阻尼器 小震时 钢材即进入屈服耗能 并产生附加阻尼 附加阻尼按下述公式确定 Qa Wcj 4 Ws Qa 屈曲支撑附加有效阻尼Wcj 第j个屈曲支撑在结构预期层间位移计uj下往复循环一周所消耗的能量 Ws 设置屈曲约束支撑的结构在预期位移下的总应变能 中震和大震下的验算采用弹塑性分析法 计算软件 与耗能型屈曲支撑相同 四 屈曲支撑设计要点 续 4 屈曲支撑的节点设计 根据强节点弱构件的设计原则 对耗能型或屈曲支撑阻尼器 Fc 1 2WNysc对承载型屈曲支撑 Fc 1 2NyscFc 承受屈曲约束支撑轴力的链接作用力设计值 W 应变强化调整系数 根据芯材的型号取1 5 2 0 Nysc 屈曲约束支撑屈服承载力 五 屈曲支撑工程应用实例及普通支撑的比较 项目概况 该项目为鄂尔多斯正东广场 总部基地B区 位于内蒙古鄂尔多斯市 是建筑面积约85万平米的超大规模综合建筑群 设计使用年限50年 抗震设防为7度 其中的连体建筑为ZAB2 楼和ZB3 楼 地上26层 95m高 裙房2层 总建筑面积为70627 52m 主体结构为框架剪力墙结构 项目概况 该项目为鄂尔多斯正东广场 总部基地B区 位于内蒙古鄂尔多斯市 是建筑面积约85万平米的超大规模综合建筑群 设计使用年限50年 抗震设防为7度 其中的连体建筑为ZAB2 楼和ZB3 楼 地上26层 95m高 裙房2层 总建筑面积为70627 52m 主体结构为框架剪力墙结构 结构平面布置 隔层平面布置 结构立面布置 屈曲约束支撑位置 建筑效果图 结构模型 关键受力构件 地震记录 El centro波 反应谱曲线 滞回模型 普通支撑滞回模型 屈曲支撑滞回模型 截面纤维布置 计算条件 所有拱桁架的柱底采用铰接 屈曲约束支撑框架柱底采用刚接 结构阻尼比取为0 05 屈曲约束支撑附加给结构的阻尼通过屈曲约束支撑的非线性滞回关系考虑 结构动力分析采用HHT方法 非线性迭代采用Newton Raphson方法 分析中采用单向加载 结果 节点位置图 表1普通支撑方案计算模型X向顶部角点位移及位移比 表2屈曲约束支撑方案计算模型X向顶部角点位移及位移比 X向地震作用下两种方案位移比值 普通支撑 普通支撑大震下滞回曲线 纤维铰9321 纤维铰9335 屈曲约束支撑大震下滞回曲线 纤维铰6194 纤维铰6200 支撑屈服个数对比 抗连续性倒塌分析 美国规范GSA中国钢筋混凝土设计规范 GB50010 2002 钢结设计规范 GB50017 2003 设计原则 2 DL 0 25LL 荷载组合 普通支撑方案支撑失效后分析 去除构件分析中间桁架的DCR值 普通支撑方案与屈曲约束支撑方案的对比 屈曲支撑用钢量 63吨 普通支撑用钢量135吨 用钢量不到普通支撑的一半支撑进入塑性后承载力不会降低同时凭借其良好的变形性能消耗地震能量 在大震下不会失效屈曲约束支撑方案可以确保连廊在大震下不因个别支撑的失效而引起局部的连续性倒塌 从结构位移时程反应可以看出 屈曲约束支撑能起到减震器的效果 结构位移减小了33 3 从构件的滞回面积及进入塑性构件的数量可以看出 X向220gal地震作用下 普通支撑方案中支撑产生塑性变形的支撑数量为2根 而屈曲约束支撑方案中支撑屈服的数量为52根 屈曲约束支撑方案将消耗更多的地震力能量 从结构抗连续性倒塌行性能及安全性来比较 在大震下由于屈曲约