屈曲约束支撑推荐施工工法

屈曲约束支撑推荐施工工法1.目的屈曲约束支撑是一种新型的耗能支撑结构，由于其良好的抗震消能性能，近几年在世界各国的新型建筑中得到了广泛的运用。经过试验研究结论可知，屈曲约束支撑和普通支撑的性能差别在抗震设防要求较高的场地上作用差别最为明显。虽然屈曲约束支撑己获广泛应用，但其生产制造、安装工艺要求很高，因此对于产品质量及其施工质量的控制非常重要。屈曲约束支撑在国内的发展较晚，2003年才引入国内推广采用，但国家并没有形成固定施工验收规范，因此在进行相关工程施工中容易出现一些问题，影响支撑的施工安装质量和工期。本文总结国内一些工程不同屈曲约束支撑施工方法，具有施工简便，提高效率等特点。2.屈曲约束支撑性能简介从纵断面屈曲约束支撑可一分为:约束屈服段、约束非屈服段、无约束非屈服段、无粘结可膨胀材料、屈曲约束机构5个部分，如图2.1-2所示。约束屈服段。该部分是支撑抗震消能的主要作用段，地震作用下要求支撑在反复的荷载下屈服，支撑采用延展性较好的钢材，同时要求具有相对稳定的屈服刚度。这样才能使屈曲约束支撑在结构抗震中安全可靠。约束非屈服段。该部分处于支撑截面中心位置，外面由其他部分包裹并与约束屈服阶段相连接往外延伸。为了使得该部分在抗震过程中处于弹性阶段，需要增加其横截面积（通过增加约束屈服段面积或是焊接加劲肋来实现）。无约束屈服段。该部分处于支撑杆件外部，与约束非屈服段相连，外部需要跟框架结构直接连接在一起，因此常采用焊接或者螺栓连接的方法。为了方面支撑在地震作用后拆卸和修复，因此该部分设计时需要考虑安装公差和防止局部屈服。图2.1-2屈曲约束支撑的基本构造Fig.2.1-2Supportthebasicstructureofbucklingconstraints（4）无粘结可膨胀材料。我们常采用聚乙烯、乳胶、聚氯乙烯等一些无粘结材料来填充支撑杆件的内部，这些材料可以很好的减少芯材受到约束段和砂浆的剪力。在屈曲约束的作用下，屈曲约束段可能会在高阶模态下发生微幅的屈曲。此外，芯材在受压膨胀时需要足够的空间，否则芯材和约束机构的摩擦会迫使约束机构承受轴向力。因而，填充材料和芯材间需要一定的空隙。但是间隙不能过大，过大会使得约束屈服段的屈曲变形和相关的曲率非常大，这样会减少屈服段的疲劳寿命，间隙宽度是最大设计应变的函数。图2.1-3屈服约束部分与砂浆间隙Fig.2.1-3Thegapofyieldconstraintssectionandmortar屈曲约束机构。该部分是芯材外包裹的部分，通常有套管和砂浆共同组成，有时也可不用添加砂浆。一般要求屈曲约束机构要具有足够的抗压强度，才能保证能够控制支撑杆件内部的屈曲变形位移。设计合理地时候，套管式不会承受任何轴力作用的。屈曲约束支撑在稳定性能方面明显优于普通支撑，但是其受力的特性由于其构造特点也更为复杂，只有在实际设计运用过程中很好的控制整体刚度的影响、长细比的影响、芯材与约束机构间隙的影响、摩擦力的影响、构件材料这些影响因素，才能更好的使其在建筑结构中起到抗震消能的作用。屈曲约束支撑的优缺点：与普通的抗震结构相比，采用屈曲约束支撑具有以下优点：屈曲约束支撑可以在弹性阶段具有很好的抗震性能，同时在弹塑性阶段也可以保持良好的抗震抗凤荷载的能力。具有延展性与滞回性能好的特点，不但可以抵御小型地震的作用，同时在剧烈地震的作用下也同样具有很好的抗震性能。与普通支撑结构相比，屈曲约束支撑具有更高的承载力。地震作用下为了保持结构的稳定性，普通支撑刚度过大，所受的地震力的作用也较大。采用屈曲约束支撑可以保证结构承载力满足要求的同时不增加其刚度，从而避免相关问题的出现。屈曲约束支撑系统具有相对的独立性，在地震作用下可以保护主体结构不会遭到破坏，在地震过后可以很方便的拆除和修补。从经济性而言，由于屈曲约束支撑具有特殊的屈服特性，使得其比普通支撑的截面积和结构要小很多，大大降低了其造价。屈曲约束支撑的缺点在于其核心技术往往掌握在少数产品公司，当要大规模使用该技术需要交纳很高的专利费用。其次是在剧烈地震的作用下，杆件很快的进入塑性变形，变形后不能恢复原来的形状，需要修复或更换。3.推荐施工工艺3.1工艺原理屈曲约束支撑一般为预制构件，制作完工后需要按规范要求检验合格后方可安装使用。根据不同支撑的设计要求和性能特点采用不同的安装方法，常采用的方法有焊接连接、高强螺栓连接、销轴连接或组合式连接，使支撑构件和主体结构连接点可靠连接，最后通过检测，确保支撑安装质量，保证其在结构中起到应有的抗震作用。3.2工艺流程施工准备→预埋件安装（混凝土结构）→节点板安装→支撑运输→支撑临时安装固定→支撑连接→连接点检测→防火防腐涂装→与墙体连接（支撑位置有填充墙的）3.1.1准备阶段对于不同类型的屈曲约束支撑安装采用不同的方法，承载型屈曲约束支撑安装时与主体同步安装并最终固定，耗能型屈曲约束支撑与屈曲约束支撑阻尼器可先临时固定，在主体安装完毕后再进行最终固定。屈曲约束支撑安装前，需主体结构框架已施工完成、产品构件已进场并已复验合格、各种安装设备及工具准备齐全。3.1.2预埋件安装（混凝土结构）3.1.2.1预埋件形式在新建混凝土框架工程中必须设置预埋件，预埋件采用新型的腹板开孔H型钢板（见图)。预埋件的条状腹板宽度S1与开孔宽度S2可以灵活调整，以配合混凝土梁、柱箍筋的布置；预埋件的翼缘tb1、腹板厚度tb2可以根据预埋件的设计承载力要求调整，见表所示。H型钢预埋件节点图预埋件规格表预埋件承载力（tt）tb1(mm)tb2(mm)栓钉型号备注150-3002020ø16（L=1220mm）单侧8条tb22（80mm宽）300-5003030ø18（L=1220mm）单侧10条tbb2（80mm宽）500-8004040ø20（L=1220mm单侧10条tbb2（80mm宽）3.1.2.2预埋件的安装预埋件现场施工时，主要顺序为：现场标记预埋件放置位置→预埋件吊运→预埋件放置到位→预埋件固定。在安装过程中需要注意：1）预埋件安装时应先根据深化图纸标记预埋件安装位置，预埋件腹板应与节点板对齐，预埋件在同一平面内的；2）预埋件现场采用塔吊或者汽车吊吊运，放置到位后再进行钢筋绑扎；做好临时固定措施，防止预埋件发生移位；钢筋绑扎完后，再次复核预埋件位置，无误后进行混凝土浇筑；3）混凝土浇筑时，预埋件位置处应振捣密实，可配合使用铁钎捣实，振捣时不要碰到预埋件；根据现场需求，可在预埋件上开排气口，保证振捣密实。3.1.3节点板的安装根据屈曲约束支撑的连接方式分为焊接节点板、销轴节点板、螺栓节点板，其中焊接节点板有十字型、H型转接头等，十字型接头较为常见。节点板现场施工顺序为：现场标记节点板放置位置→节点板吊运→节点板临时固定→校正→节点板最终固定。在安装过程中需要注意：几种典型屈曲约束支撑的横截面图Crosssectiondiagramofseveraltypicalbucklingconstraints应严格按照深化图纸的定位尺寸焊接节点板，使节点板平面内及平面外的偏差在允许范围内，保证屈曲约束支撑的安装长度和安装垂直度。节点板吊运设备为葫芦吊，。根据单个节点板最大自重选定葫芦吊型号；吊运到位后，采取点焊或者加劲板等方法临时固定。校正节点板位置，无误后进行焊接固定。3.1.4支撑运输与吊装支撑堆放支撑运至现场后可采用塔吊或其它小型起重设备进行卸货，支撑堆放区应干净平整，并垫上软木枋，堆放层数不得超过四层，堆放方式采用重叠交叉井字形堆放，每层屈曲约束支撑之间垫软木枋（以免损伤吊耳）。屈曲约束支撑吊耳的设置Thelugofbucklingconstraints现场运输屈曲约束支撑现场运输分为垂直运输和水平运输，垂直运输可采用塔吊运输、汽车吊运输、葫芦吊和卷扬机等运输，水平运输可采用自制小推车运输、钢滚轮小车运输，禁止用钢管和撬杠运输，以免损伤构件。3）捆扎起吊支撑安装前应对与支撑连接的上下梁柱节点板进行校核，主要校核内容包括节点板与施工图的偏位（也即平面内偏移）以及节点板在安装过程中出现的平面外偏移，偏差应满足下表要求。当节点板偏移量超过允许偏移量控制范围时，应由结构施工单位采取相应的措施予以纠偏、矫正后方可开始屈曲约束支撑的安装。成品支撑构件自带有专用的吊耳（沿支撑长度有两道）可直接穿入吊索进行绑扎吊，装，穿入吊索时，不得只穿部分吊耳，支撑有吊耳的面要朝上；起吊为两端不等高起吊，首先牵拉支撑下端达到安装部位，再牵拉支撑上端达到安装部位；牵拉过程中要做好安全措施。节点板偏位节点板平面外偏位屈曲约束支撑节点偏位量允许范围节点板厚t（mmm）上下节点板净距偏偏差a（mm）上下节点板外偏移移b（mm）t≦20±3±520≦t≦50±3±5t≧50±5±103.1.4临时固定安装屈曲约束支撑临时固定主要采用焊接钢片法和螺栓安装法技术。十字型接头焊接连接的屈曲约束支撑在工程中应用较为广泛，安装时常采用钢片焊接做临时固定。(见图5.2.5-1)螺栓安装法主要应用于高强螺栓型屈曲约束支撑、H型接头的焊接型屈曲约束支撑以及H自身重量较大的屈曲约束支撑。对于高强螺栓型屈曲约束支撑的临时固定，即先安装部分普通螺栓，满足支撑自重起到临时固定作用；对于H型接头的焊接型屈曲约束支撑，H型接头腹板较宽，支撑接头及节点板可在工厂制作时开好临时安装螺栓孔，现场安装时采用普通螺栓进行临时固定；对于自身重量较大的屈曲约束支撑，焊接钢片法不能满足时，可采用螺栓安装法。焊接钢片法临时固定3.1.5支撑安装连接屈曲约束支撑连接即屈曲约束支撑与主体节点板连接，节点连接形式主要有以下四种连接形式：焊接连接屈曲约束支撑牵拉到位后，对支撑下端临时固定，通过牵拉支撑上端以及撬动支撑前后面进行上端就位并临时固定；临时固定后再对支撑两端进行校正，校正后先焊接支撑的下端节点，再焊接上端节点。屈曲约束支撑焊接连接十字型接头是焊接型屈曲约束支撑焊接连接常用接头，现场焊接采用下列焊接顺序：加强板与节点板连接焊接→加强板与支撑弹性头对接→节点板与支撑弹性头对接。节点板焊接顺序2）高强螺栓连接连接板长度应比设计长度大20mm，与屈曲约束支撑相连的孔在工厂钻好，与现场节点板相连的孔采用现场钻孔。屈曲约束支撑牵拉到位后，安装临时螺栓进行临时固定。临时固定螺栓个数为接头螺栓总数的1/3以上且每个接头不少于两个，冲钉穿入数量不宜多于临时螺栓的30%。组装时先用冲钉对准孔位，在适当位置插入临时螺栓，用扳手拧紧。不准用高强螺栓兼作临时螺栓，以防螺纹损伤。高强螺栓连接临时固定好后进行校正，校正完成后安装高强螺栓，安装高强螺栓时按照钢结构高强螺栓连接设计、施工及验收规程等进行。高强度螺栓的连接固定方式ThefixedwayofHighstrengthboltconnection销轴连接销轴运至现场后要做好保存和标记，屈曲约束支撑牵拉到位后，先将支撑下端销轴插入进行临时固定，葫芦不撤出，下端销轴插入后再通过牵拉及撬动使支撑上端就位插入销轴；临时固定后，再对支撑位置进行校正；校正完毕后，将支撑两端的销轴盖紧固并旋紧固定螺丝。销轴连接为了提高屈曲约束支撑销轴安装的精度，充分发挥其抗震耗能作用，在销轴连接时采取以下措施：与支撑相连接的连接板采用低合金高强度钢（主要为Q390/Q420），增加安全性，降低连接板的厚度。连接板需要与支撑耳板配套加工（见图5.2.6-5），全部由屈曲约束支撑生产单位加工，销轴插入耳孔后的活动间隙由原来的2-2.2mm提升0.3-0.5mm，精度提升了5-6倍，构件受力性能得到提升。主体结构梁柱在屈曲约束部位都伸出一块接头板，见图所示，然后与屈曲约束支撑节点板焊接，见图所示。连接板与支撑耳接头板与连接板3.1.6连接点检测屈曲约束支撑与结构连接节点需进行检测，连接节点检测包括：1）连接焊接的检测：对接连接焊缝进行探伤检查（超声波探伤），并且应达到规范要求。2）高强螺栓连接的检测：标记好初拧及终拧完毕的螺栓，当天安装的高强螺栓应终拧完毕，防止漏拧。3）销轴连接的检测：检查销轴与连接板以及销轴与孔壁间的间隙是否满足设计要求；检查紧固螺丝是否拧紧。3.1.7防腐防火涂装屈曲约束支撑应根据约束机制的不同，设计具有不同的防火要求。当采用纯钢约束体系，则应做防火保护，且其防火等级等同于相应的普通钢支撑。采用填充材料约束体系，且套筒内填充材料具有隔热性能的不燃烧材料时，自由伸缩段和封头板必须做防火保护，套筒可不做防火保护；当套筒内填充材料不具有隔热性能时，自由伸缩段、封头板及套筒均应作防火保护。3.1.7支撑部位有填充墙时的处理方法填充墙主要有砌体填充墙（普通多孔砖墙、加气混凝土砌块墙）和轻质龙骨隔墙两种，屈曲约束支撑与砌体填充墙连接施工顺序如下：屈曲约束支撑上部焊接双角钢支撑上部墙体→墙体横向拉结筋通长拉结→构造柱钢筋焊接在屈曲约束支撑节点板处→墙体砌筑→浇捣构造柱混凝土→双角钢与屈曲约束之间间隙填缝。2）曲约束支撑与轻质龙骨隔墙连接施工顺序如下：屈曲约束支撑部位墙体放线→墙基施工→安装沿地、沿顶龙骨→安装竖向龙骨（包括门口加强龙骨）、横撑龙骨、通贯龙骨→各种洞口龙骨加固。砌体填充墙轻质龙骨隔墙墙体横向拉结筋施工及构造柱施工时，使用连接夹与支撑两侧拉结筋连接，保证拉结筋通长。钢筋碰到上节点时，可将构造柱钢筋直接焊接在节点板的端面加强板上。墙体粉刷时，在支撑部位要做一层镀锌钢丝网，镀锌钢丝网用镀锌钢丝及射钉与墙体固定，确保墙体粉刷不开裂。4材料性能要求4.1芯材与约束机构与之间的间隙在屈曲约束支撑的设计过程中要求内部的芯材与外部约束机构之间要预留一定的间隙，间隙的作用是为了使得杆件受到荷载作用时能够使得芯材带到塑性工作状态，又不至于屈曲破坏，因此间隙的尺寸要合适。尺寸过大会使得外部约束机构失去其作用，芯材受荷载弯曲产生过大的侧向位移时，约束机构不能及时的提供约束，芯材就会过早的发生屈服破坏，从而大大降低支撑的极限承载力。尺寸过小会使得内部芯材还未达到塑性状态或是高阶屈服阶段就已经收到外部约束机构的约束，从而影响整个杆件在地震作用下的抗震消能作用，同时外部约束机构受到芯材的侧向压力也会过早的达到峰值，使得杆件过早的失稳破坏。因此只有合理地间隙空间才能使屈曲约束支撑具有优良的使用性能。4.2摩擦力的影响当屈曲约束支撑外部约束机构与内部芯材相互接触时，杆件芯材除了受到约束机构的侧向约束力，同时也受到其摩擦力的作用。荷载作用时，芯材受到的轴向压力等于其自身承载力与摩擦力之和，如果摩擦力过大会大大降低承载力的大小，使得芯材很难达到其优良的工作状态，直接影响整根杆件的抗震消能能力，因此我们在芯材外部包裹有无粘性可膨胀材料来减小摩擦力的作用。我们常采用乳胶、聚乙烯、橡胶等一些材料包裹在芯材外部。4.3钢材性能要使得屈曲约束支撑具有良好的抗震消能性能，首先要保证芯材在荷载作用下长时间处于塑性变形但不被破坏的状态，这就需要芯材所选用的材料具有良好的延展性和一定的屈服强度。文献[29]中通过试验得出，采用国内常用的Q235和Q345两种钢材做屈曲约束支撑的芯材材料是满足相应要求的。下表为两种钢材的性能比较：表3.4-1Q235和Q345两种钢材的性能比较Table.3.4-1TheperformancecomparisonofQ235andQ345钢材种类抗拉强度/屈服强度/伸长率/%Q235350~52523526Q345490~67534522国外在屈曲约束支撑的研究方面要远远先于国内，在支撑芯材的选用方面多用一些延展性更好而屈服强度很低的钢材，这些钢材的伸长率有的可以达到50%以上，更为满足屈曲约束支撑对于芯材的要求，但这些类别的钢材在生产技术上要求比较高，国内的生产技术尚未达到，因此在使用时多为国外进口的钢材。屈曲约束支撑芯板材料和套管材料均应提供产品质量保证书并做材料复检，提供复检报告，并符合国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）及《建筑用热轧低屈服强度钢板和钢带》的要求。屈曲约束支撑构件所采用的其它钢材质量指标应符合国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）或《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）的要求，并提供产品质量证明书。屈曲约束支撑芯材屈服段性能指标屈曲约束支撑类型型屈强比伸长率冲击功韧性屈服强度波动范围耗能型屈曲约束支支撑≤0.8≥30%≥27J（常温）Q100LY((80MMPa~1120MPPa)Q160LY((140MMPa~1180MPPa)Q225LY((205MMPa~2245MPPa)Q235(2355MPa~295MPa)屈曲约束支撑型阻阻尼器≤0.8≥40%≥27J（0℃）Q100LY((80MMPa~1120MPPa)Q160LY((140MMPa~1180MPPa)Q225LY((205MMPa~2245MPPa)承载型屈曲约束支支撑≤0.8≥20%≥27J（常温）Q235(≥2235MPPa)Q345(≥3345MPPa)≤0.85≥20%≥27J（常温）Q390(≥3390MPPa)Q420(≥4420MPPa)5.质量控制5.1一般质量规定5.1.1屈曲约束支撑不得当作一般的钢结构构件来制作，必须由拥有对应产品专利的钢结构专业厂家作为专业产品来生产；钢结构专业厂家必须拥有安全生产许可证，拥有屈曲约束支撑生产能力，且其屈曲约束支撑生产的管理应通过ISO质量管理体系认证。5.1.2屈曲约束支撑作为钢结构专业承包工程中制作与施工安装相应分项工程中的检验批进行验收。屈曲约束支撑进场验收资料应包含：钢结构工程专业承包企业资质（三级及以上）、安全生产许可证、产品质保书、产品芯材材料质保书及材料复检报告、产品出厂第三方检验CMA报告（应符合相关国家规范及设计图纸要求）。5.1.3屈曲约束支撑竣工验收资料应包含：钢结构安装施工验收资料。其中，屈曲约束支撑构件与框架的连接施工验收应符合国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）的相关规定.5.1.3高强螺栓连接、焊接连接方式的施工验收应符合国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）的相关规定；销轴连接方式的施工验收应符合设计要求。5.2质量要求屈曲约束支撑安装前应对与支撑连接的上、下梁柱节点进行位置检查，主要检查内容包括节点与施工图的偏位以及节点板在施工过程中出现的出平面偏移。当超出允许偏差范围时，应采取相应的措施予以纠偏，矫正后方可开始屈曲约束支撑的安装。屈曲约束支撑节点偏位量允许范围节点板厚t（mmm）上下节点板净距偏偏差a（mm）上下节点板外偏移移b（mm）t≦20±3±520≦t≦50±3±5t≧50±5±10焊条、焊丝、焊剂等焊接材料与母材的匹配应符合设计要求及现行国家标准《钢结构焊接规范》（GB50661）的规定；焊缝外形尺寸应符合现行国家标准《钢结构焊缝外形尺寸》（GB10854）的规定；一级、二级焊接接头的焊缝内部缺陷应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB11345）的分级规定，焊缝质量等级及缺陷应符合国家标准《钢结构焊接规范》（GB50661）的分级规定。屈曲约束支撑的变形和涂装应符合设计要求，运输、堆放和吊装等造成的支撑变形或涂层脱落，应进行矫正和修补；屈曲约束支