金属耗能结构构件减震技术

金属耗能结结构构件减减震技术李国强同济大学基本概念基本概念结构构件耗能构件（（阻尼器））结构耗能构构件结构耗能构构件设计要要求结构构件的的功能提供结构刚刚度提供结构承承载力支撑框架结结构P抵抗静力（（如风）消耗结构地地震输入能能量结构耗能越越好，结构构地震反应应越小。哈哈耗能构件的的功能耗能构件（（阻尼器））的分类位移型阻尼尼器提供结构刚刚度速度型阻尼尼器不提供结构构刚度FV耗能结构构构件偏心支撑梁梁段定义：同同时具备耗耗能功能和和结构功能能的构件耗能结构构构件设计要要求满足风、地地震下的正正常使用结结构刚度要要求满足重力、、风、小震震下的承载载力要求中震、大震震下尽量耗耗能减震满足中震、、大震下塑塑性变形低低周疲劳要要求满足易更换换要求耗能钢支撑撑减震技术术——屈曲约束（（防屈曲））支撑普通支撑：：地震下易易屈曲破坏坏1995年,日本阪神地地震2008年,汶川地震支撑防屈曲曲问题屈曲约束支支撑的概念念屈曲约束支支撑构件组组成示意图图通过外加套套筒，约束束支撑不发发生屈曲。。屈曲约束支支撑的优点点——具有结构功功能的耗能能阻尼器屈曲约束支支撑的优点点承载力高普通支撑轴轴向承载力力设计值屈曲约束支支撑轴向承承载力设计计值承载能力比比普通支撑撑提高2-10倍减小相邻构构件受力普通支撑受受压屈曲，，受拉与受受压承载力力差异很大大，支撑的的内力由支撑受压承承载力控制，而与与支撑相邻邻构件的内内力由支撑受拉承承载力控制。屈曲约束支支撑的优点点屈曲约束支支撑受拉与与受压承载载力差异很很小，可大大大减小与与支撑相邻邻构件的内内力。大大减小人人字型支撑撑因受压支支撑屈曲产产生的不平平衡力对梁梁的影响

很大不平衡衡力屈曲约束支支撑的优点点循环加载累累积轴向塑塑性变形≥200ΔbyΔby为支撑轴向向屈服变形形美国钢结构构协会钢结结构抗震规规范规定ANSI/AISC341-05屈曲约束支支撑最大累累积塑性变变形要求屈曲约束支支撑最大变变形要求中国《建筑抗震设设计规范》(GB50011)结构层间要要求支撑最大容容许轴向变变形加载制度1防屈曲支撑撑试验应按按以下加载载幅值及顺顺序进行：：依次在1/300、1/200、1/150、1/100支撑长度的的拉伸和压压缩往复各各3次变形。2滞回曲线应应饱满、稳稳定，最后后一级变形形第3次循环的承承载力应不不低于历经经最大承载载力的85%。2008年上海市标标准《高层建筑钢钢结构设计计规程》2010年国家标准准《建筑抗震设设计规范》中国屈曲约约束支撑性性能标准TJ-I型BRB支撑:纯钢约束型型TJ-II型BRB支撑：填充约束型型构造难点：：连接段不压压折国产屈曲约约束支撑研研制TJ型屈曲约束束支撑试验验TJ型屈曲约束束支撑试验验结果序号芯板材料屈服承载力(t)最大相对变形相当于层间位移角最大拉力(t)最大压力(t)应变强化系数屈服位移Dy(mm)累计塑性变形(

Dy)1BLY1601211/801/402562812.121.458422Q1951721/801/402512661.462.773613BLY2251301/801/401851991.422.004834Q235871/1001/501361361.561.733765BLY2257101/801/4092711051.309.07337TJ型屈曲约束束支撑试验验结果性能与境外外产品相当当，部分指标的的要求更高高，价格低，供供货周期短短。技术、经济指标境外产品本项目产品日本美国台湾地区最大变形能力L/100L/100L/100L/80最大累积塑性视需要定200δy200δy>200δy最大屈服承载力≥1500吨

<1000吨

<1000吨

≥3600吨产品价格高高较高低一半供货时间较慢慢较慢快一倍日本新日铁铁支撑TJ型支撑TJ型屈曲约束束支撑与境境外产品对对比应用效果结构共8层，层高一一层4.2米，以上各各层3.6米。横向框框架间距为为8.4米，2.5米，8.4米；纵向间间距为8.4米，共6榀。结构地震烈烈度为8度0.2g。II类场地的ELCENTRO波附加节点质质量：100kN恒载线载：：50kN/m活载线载：：20kN/m柱截面：箱箱型400×400×12×12梁截面：HN500×200屈曲约束支支撑：TJⅠ-d160屈服吨位为为160T核心面积8631mm2承载力设计计值为1464kN普通支撑方方案，支撑撑截面为屈屈曲约束支支撑等效核核心面积1.8倍应用效果大震分析结结果与对比比比较项屈曲约束支撑方案普通支撑方案基底剪力3114kN5133kN最大楼层剪力曲线大震分析结结果与对比比——最大层间位位移曲线屈曲约束支支撑方案普普通通支撑方案案大震分析结结果与对比比——最不利塑性性状态屈曲约束支支撑方案普普通通支撑方案案替代了日本本进口产品品采用了108根TJI型防屈曲支支撑降低工程用用钢量约2000吨节省钢结构构部分造价价2400万元上海世博中中心采用了24根TJII型防屈曲支支撑支撑屈服承承载力1000吨、长度为为17m，世界超大大防屈曲支支撑节省工程造造价700万元上海虹桥交交通枢纽(总建筑面积积：150万m2)东方体育中中心采用普通支支撑：Φ300mm采用屈曲约约束支撑：：Φ200mm铁路天津西西站人民日报社社新主楼中国商用飞飞机总装厂厂房采用防屈曲曲支撑的世世界最高建建筑世界最大防防屈曲支撑撑工程（支支撑屈服承承载力3600吨、长度为为48m）天津117大厦(高度：597m)甘肃玉树红红旗小学阿富汗Marriott五星级酒店北京嘉和嘉事医药物流仓库天津西站站房淮安开元国际大酒店世博中心宁波梅墟小学山东郯城县医院合肥包河小学山西图书馆兰州云天酒店玉树红旗小学武汉保利文化广场银川平罗四中TJ型BRB应用推广情情况已用于全国26个省（市））的100多个重大和重要要工程出口国外耗能钢板剪剪力墙减震震技术——屈曲约束（（防屈曲））钢板墙缺点：在水平剪力力作用下易易面外屈曲曲，滞回曲曲线捏拢严严重普通钢板剪剪力墙普通钢板剪剪力墙典型型的滞回曲曲线普通钢板墙屈曲约束钢钢板墙基本本组成屈曲约束钢钢板墙滞回回曲线优点：在水平剪力力作用下不不发生屈曲曲，滞回曲曲线饱满屈曲约束钢板墙大高宽比墙三种屈曲约束束钢板墙小高宽比墙开缝墙混凝土盖板约约束芯板构造造钢箱盖板约束束芯板构造两种屈曲约束束钢板墙的约约束板大高宽比屈曲约束钢板墙试验试件（高宽比大于2）芯板盖板试验架带混凝土板的的钢板剪力墙墙试验框架和反反力架没有捏拢现象象板厚试件1：30mm试件2：25mm试件3：25mm材料两端板：Q345中间板：BLY225芯板小高宽比屈曲约束钢板墙试验试件（高宽比小于1）加载装置小高宽比屈曲约束钢板墙试验加载装置试件1小高宽比屈曲约束钢板墙试验试验结果试件2试件3弯曲杆的宽厚比b/t高宽比l/b钢板开竖缝屈曲约约束钢板墙试试验b/t=37.5l/b=3b/t=45l/b=3开竖缝屈曲约约束钢板墙试试验钢板墙框架柱芯板钢箱盖板（内内部构造）梁屈曲约束钢板墙框架试验1试件设计试件1：单调加载试件2：反复加载试件3：反复加载屈曲约束钢板墙框架试验2加载装置单调加载试件件顶层曲线单调加载试件件底层曲线屈曲约束钢板墙框架试验单调加载试验结果屈曲约束钢板墙框架试验反复加载试验结果屈曲约束钢板板剪力墙与框架柱中剪力比率率试件I与试件II滞回曲线对比比大高宽比钢板板屈曲约束钢板墙：刚度与承载1初始刚度A=钢板表面积As=Hb0大高宽比墙小高宽比墙大高宽比钢板板2屈服承载力Mp屈服弯矩Qp纯剪切屈服剪剪屈曲约束钢板板墙：刚度与与承载将钢板墙等效成支撑等效支撑距离离钢板墙边缘缘的偏心距e如果钢板墙不不靠柱，e=0如果钢板墙靠靠柱，e=50mm工程应用-框架结构中国博览会会会展综合体，，总建筑面积积147万m2。建成后将成成为世界上规规模最大的会会展综合体。。工程应用-框架结构商业中心单体体防屈曲钢板墙墙的布置防屈曲钢板墙E-X～E-YE-B～E-CE-K～E-I芯板厚(mm)16620屈服承载力（kN)8580337012740解决了门洞对对结构布置的的影响问题不受荷载方向向变化的影响响参与承担竖向向荷载墙板尺寸达7m高x3m宽最不利组合下下应力云图2.3倍设计荷载作作用下1倍设计荷载作作用下耗能连梁（墙墙）减震技术术尼加拉瓜美洲洲银行联肢剪力墙结构的启示林同炎T.Y.Lin（1912-2003）美国加州大学学伯克利分校校教授，美国国林同炎国际际顾问公司名名誉董事长，，第一位亚裔裔美国工程院院院士，中国国科学院外籍籍院士，1986年获美国国家家科学奖18层框筒-联肢剪力墙结结构连梁20世纪60年代尼加拉瓜瓜大地震，美美洲银行仅连连梁处轻微破破坏，而周边边建筑倒塌原因：1）小震和风作作用时，连梁梁联系联肢墙墙整体工作，，刚度较大；；2）中震、大震震时，连梁屈屈服，联肢墙墙独立工作，，结构刚度减减小、周期增增长、地震作作用减小，同同时连梁屈服服耗能减震。。联肢剪力墙结构的启示耗能钢连梁-联肢剪力墙耗能钢板墙-联肢剪力墙优点：刚度与原实体体墙相当屈服限制在钢钢板墙墙整体延性好好，震后便于于修复墙耗能减震耗能钢连梁（（钢板墙）联联肢剪力墙设设计方法1）混凝土墙的的整体分析可可参照传统联联肢墙，采用用连续化方法法或有限元方方法2）钢连梁（钢钢板墙）的设设计原则为：：小震不坏、、中震和大震震钢连梁（钢钢板墙）先于于混凝土墙屈屈服3）设Vd为混凝土墙小小震下底部剪剪力，钢连梁梁（钢板墙））按Vd下不屈服设计计4）混凝土墙按按1.35Vd下不屈服设计计Vd钢连梁（钢板板墙）与混凝凝土墙连接节节点设计要求求该节点的承载载力，应大于于考虑强化影影响的钢连梁梁（钢板墙））极限承载力力