屈曲约束支撑在工程中的应用研究T48

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结构类型支撑框架梁框架柱桁架主体结构总用钢量屈曲约束支撑431t2341t3063t1959t7794t普通支撑1120t2458t3271t1959t8808t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．本课题研研究的目的和和意义1．屈曲支撑具具有良好的承承载力，更具具有非常好的的变形耗能能能力，减震作作用十分明显显，新编国家家抗震规范GB50011-2010正式规定消能能减震结构的的抗震性能明明显提高时，，主体结构的的抗震构造可可以适当降低低，最大可降降低1度，这对于现现有建筑结构构的加固改造造具有十分重重要的意义。。1.二．本课题研研究的目的和和意义（续））2．近年来，本本院设计的工工程日趋复杂杂，性能化设设计将成不可可避免，通过过学习中震、、大震下屈曲曲支撑的弹塑塑性设计方法法，对今后的的复杂工程设设计具有很强强的指导意义义。1.三．本课题研研究需要解决决的问题：1：了解屈曲支支撑的性能、、构造特点及及国内外研究究应用现状。。2：掌握屈曲支支撑两阶段计计算分析方法法，重点突破破弹塑性阶段段的计算分析析方法。3：选择合适工工程应用。。1.四．屈曲支撑撑设计要点：：屈曲支撑根据据工程应用模模式的不同，，可分为耗能能型屈曲支撑撑，屈曲约束束支撑型阻尼尼器和承载型型屈曲支撑三三类。四．屈曲支撑撑设计要点：：（续）1．承载型屈曲曲支撑设计：：小震作用：N≤0.9fayA1N­——屈曲支撑轴力力设计值fay———芯材的屈服强强度标准值A1——芯材的截面面面积中震作用：满满足“中震不屈服”的要求。计算软件：采采用satwe计算构件内力力，在通过查查屈曲支撑手手册选取屈曲曲支撑的截面面。四．屈曲支撑撑设计要点：：（续）2．耗能型屈曲曲支撑设计：：小震作用下，，计算方法与与承载型屈曲曲支撑相同。。中震和大震下下的验算应采采用弹性性分分析，此时，，屈曲支撑采采用双线性恢恢复力模型。。图6计算软件：静静力弹塑性采采用ETABS，动力弹塑性性采用SAP2000，Perform-3D等软件。图6四．屈曲支撑撑设计要点：：（续）3．屈曲支撑型型阻尼器：屈曲支撑型阻阻尼器是一种种位移相关型型消能器，其其设计方法同同位移型阻尼尼器；小震时时，钢材即进进入屈服耗能能，并产生附附加阻尼，附附加阻尼按下下述公式确定定：Qa=∑Wcj/(4∏∏Ws)Qa——屈曲支撑附加加有效阻尼Wcj———第j个屈曲支撑在在结构预期层层间位移计uj下往复循环一一周所消耗的的能量。Ws——设置屈曲约束束支撑的结构构在预期位移移下的总应变变能，中震和大震下下的验算采用用弹塑性分析析法。计算软件，与与耗能型屈曲曲支撑相同。。四．屈曲支撑撑设计要点：：（续）4．屈曲支撑的的节点设计：：根据强节点弱弱构件的设计计原则：对耗能型或屈屈曲支撑阻尼尼器：Fc≥1.2WNysc对承载型屈曲曲支撑：Fc≥1.2NyscFc——承受屈曲约束束支撑轴力的的链接作用力力设计值。W——应变强化调整整系数，根据据芯材的型号号取1.5～2.0。Nysc———屈曲约束支撑撑屈服承载力力。五.屈曲支撑工程程应用实例及及普通支撑的的比较项目概况该项目为鄂尔尔多斯正东广广场-总部基地B区，位于内蒙蒙古鄂尔多斯斯市。是建筑筑面积约85万平米的超大大规模综合建建筑群。设计计使用年限50年；抗震设防防为7度。其中的连连体建筑为ZAB2#楼和ZB3#楼，地上26层，95m高;裙房2层；总建筑面面积为70627.52m。主体结构为为框架剪力墙墙结构。项目概况该项目为鄂尔尔多斯正东广广场-总部基地B区，位于内蒙蒙古鄂尔多斯斯市。是建筑筑面积约85万平米的超大大规模综合建建筑群。设计计使用年限50年；抗震设防防为7度。其中的连连体建筑为ZAB2#楼和ZB3#楼，地上26层，95m高;裙房2层；总建筑面面积为70627.52m。主体结构为为框架剪力墙墙结构。结构平面布置置隔层平面布置置结构立立面布布置屈曲约约束支支撑位位置建筑效效果图图结构模模型关键受受力构构件地震记记录El-centro波反应谱谱曲线线滞回模模型普通支支撑滞滞回模模型屈曲支支撑滞滞回模模型截面纤纤维布布置计算条条件所有拱拱桁架架的柱柱底采采用铰铰接，，屈曲曲约束束支撑撑框架架柱底底采用用刚接接。结构阻阻尼比比取为为0.05。屈曲曲约束束支撑撑附加加给结结构的的阻尼尼通过过屈曲曲约束束支撑撑的非非线性性滞回回关系系考虑虑。结构动动力分分析采采用HHT方法，，非线线性迭迭代采采用Newton-Raphson方法。。分析中中采用用单向向加载载。结果节点位位置图图表1普通支支撑方方案计计算模模型X向顶部部角点点位移移及位位移比比表2屈曲约约束支支撑方方案计计算模模型X向顶部部角点点位移移及位位移比比X向地震震作用用下两两种方方案位位移比比值普通支支撑普通支支撑大大震下下滞回回曲线线纤维铰铰9321纤维铰铰9335屈曲约约束支支撑大大震下下滞回回曲线线纤维铰铰6194纤维铰铰6200支撑屈屈服个个数对对比屈服个数普通支撑方案屈曲约束支撑方案220gal-x2/6652/66抗连续续性倒倒塌分分析美国规规范GSA中国钢钢筋混混凝土土设计计规范范（GB50010-2002）钢结设设计规规范（GB50017-2003）设计原原则2(DL+0.25LL)荷载组组合普通支支撑方方案支支撑失失效后后分析析去除构构件分分析中中间桁桁架的的DCR值普通支支撑方方案与与屈曲曲约束束支撑撑方案案的对对比屈曲支支撑用用钢量量：63吨，普普通支支撑用用钢量量135吨，用用钢量量不到到普通通支撑撑的一一半支撑进进入塑塑性后后承载载力不不会降降低同时凭凭借其其良好好的变变形性性能消消耗地地震能能量，，在大大震下下不会会失效效屈曲约约束支支撑方方案可可以确确保连连廊在在大震震下不不因个个别支支撑的的失效效而引引起局局部的的连续续性倒倒塌从结构构位移移时程程反应应可以以看出出，屈屈曲约约束支支撑能能起到到减震震器的的效果果，结结构位位移减减小了了33.3%。从构构件件的的滞滞回回面面积积及及进进入入塑塑性性构构件件的的数数量量可可以以看看出出，，X向220gal地震震作作用用下下，，普普通通支支撑撑方方案案中中支支撑撑产产生生塑塑性性变变形形的的支支撑撑数数量量为为2根，，而而屈屈曲曲约约束束支支撑撑方方案案中中支支撑撑屈屈服服的的数数量量为为52根，，屈屈曲曲约约束束支支撑撑方方案案将将消消耗耗更更多多的的地地震震力力能能量量。。从结结构构抗抗连连续续性性倒倒塌塌行行性性能能及及安安全全性性来来比比较较，，在在大大震震下下由由于于屈屈曲曲约约束束支支撑撑进进入入塑塑性性后后不不会会发发生生整整体体失失稳稳破破坏坏，，因因次次保保证证了了连连廊廊部部分分不不会会发发生生局局部部倒倒塌塌，，保保证证了了连连廊廊及及其其下下部部裙裙房房在在大大震震下下的的安安全全。。六．．本本课课题题的的研研究究成成果果通过过本本课课题题的的研研究究，，成成功功的的设设