1. 土木工程

        屈曲約束支撐

        屈曲約束支撐


        1. 屈曲約束支撐(BRB)

        屈曲約束支撐(Buckling-Restrained Brace),簡稱BRB,它具有受壓時屈服而不屈曲的優(yōu)點,既可以像普通支撐一樣為結(jié)構提供附加剛度,又能夠耗散地震的能量,降低結(jié)構主要構件在地震中的損傷,保護主體結(jié)構。

        BRB一般由三部分組成,即核心單元、外約束單元以及核心單元與外約束單元之間的無粘結(jié)材料。

        核心單元為主要受力構件,由低屈服點鋼組成,其形狀一般有一字型和十字型兩種。外約束單元提供側(cè)向約束,防止核心單元發(fā)生屈曲失穩(wěn),常用的有鋼管混凝土約束單元以及純鋼約束單元,無粘結(jié)單元包裹在核心單元的表面,起到減小核心單元與外約束單元之間摩擦力的作用。

        屈曲約束支撐一方面可以避免普通鋼支撐拉壓承載力差異顯著;另一方面具有金屬阻尼器耗能能力,在結(jié)構中充當保險絲的作用,使結(jié)構處于彈性狀態(tài)。

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        2.BRB與普通支撐框架設計異同點

        設計項目

        普通支撐框架

        屈曲約束支撐框架

        支撐布置

        可選用X型支撐布置

        不可選用X型支撐布置

        構件驗算

        小震和風荷載下需要進行穩(wěn)定承載力驗算

        小震和風載荷下只進行強度驗算,產(chǎn)品本身已滿足穩(wěn)定性要求

        節(jié)點設計

        根據(jù)支撐抗拉屈服承載力設計

        根據(jù)支撐極限支撐力設計

        彈塑性時程分析

        應采用拉壓不對稱滯回模型

        可采用簡單雙線型滯回模型

         

        狀態(tài)

        傳統(tǒng)支撐框架

        防屈曲支撐框架

        主體結(jié)構

        普通支撐

        主體結(jié)構

        防屈曲支撐

        小震

        彈性

        彈性

        彈性

        彈性

        中震

        彈性或塑性

        彈性或屈曲

        彈性

        塑性(耗能)

        大震

        塑性

        屈曲

        彈性或塑性

        塑性(耗能)

        中、大震后

        拆除損壞部分,影響建筑使用

        可更換防屈曲支撐,不影響建筑物使用

         

        3.防屈曲支撐的優(yōu)點

        (1)承載力高、合理調(diào)節(jié)抗側(cè)剛度

         

        屈曲約束支撐:中心支撐框架構件的抗震承載力驗算,應符合下列規(guī)定:

        支撐斜桿的受壓承載力應按下式驗算:

        其中=1/(1+0.35)  =(

        式中:N為支撐斜桿的軸向力設計值;Abr為支撐斜桿的截面面積;為軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù);為受循環(huán)荷載時的強度降低系數(shù);、為支撐斜桿的長細比和正則化長細比;E為支撐桿鋼材的彈性模量;、分別為鋼材強度設計值和屈服強度;為支撐穩(wěn)定破壞承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

        =

        式中,為防屈曲支撐芯材截面面積;為防屈曲支撐芯材強度設計值。

        普通支撐是穩(wěn)定受壓承載力控制,其剛度較大,因此對周邊連接構件受力影響較大,防屈曲支撐可通過鋼套筒的約束作用使其保持穩(wěn)定性要求,因此剛度可根據(jù)設計需要進行調(diào)整,既節(jié)約了構件用鋼量,又減少了結(jié)構的基底剪力。小震時防屈曲支撐的線彈性剛度高,可以很容易滿足規(guī)范的變形要求。

        (2)延性與耗能性能良好

        采用防屈曲支撐的建筑結(jié)構具有優(yōu)于普通結(jié)構的抗震能力。第一,建筑物的剛度適當,作用于其上的地震作用較小。普通支撐因為既要滿足結(jié)構的剛度要求,又要滿足自身的穩(wěn)定性要求,斷面尺寸通常比防屈曲支撐大。這就使得建筑物的剛度較大,從而導致地震作用較大。反之,防屈曲支撐只要滿足結(jié)構的剛度要求和自身的強度要求即可,自身的穩(wěn)定性由外包鋼管及附著物來保證,因此內(nèi)核鋼支撐有效斷面尺寸較小,建筑物的剛度適當,從而使得地震作用較小。第二,建筑物的剛度在支撐屈服后不會突然下降,結(jié)構整體延性較好。普通支撐一旦受壓失穩(wěn)就會推出工作,結(jié)構剛度就會突然下降,結(jié)構的抗震能力也就突然減小很多,結(jié)構整體延性較差。防屈曲支撐即使受壓屈服,還會繼續(xù)保持承載力,結(jié)構剛度降低幅度不大,結(jié)構整體仍然具有較好的承載力。第三,建筑物在中震和大震作用下將具有良好的減震能力,主體結(jié)構構件損傷較輕。普通支撐在中震和大震作用下失穩(wěn)以后退出工作,框架梁、柱將依靠梁端和柱端的塑性鉸來耗散地震能量,主體結(jié)構必然損傷嚴重。防屈曲支撐在中震和大震作用下屈服以后,具有更強和更穩(wěn)定的能量耗散能力,耗散作用到結(jié)構中的地震能量,保護主體結(jié)構,因此主體結(jié)構損傷較輕。

        (3)提供附加阻尼比

        防屈曲支撐可根據(jù)項目特點,合理設計的防屈曲支撐可使其在多遇地震作用下屈服耗能,小震作用下提供附加阻尼比,減小地震作用,能減小梁、柱、墻的截面大小,不僅能提高結(jié)構的安全性能,還能減小工程造價。

        (4)降低工程綜合造價

           采用防屈曲支撐,可以減小基底剪力,降低結(jié)構所承受的地震作用,由此可以減少梁、柱、基礎的截面尺寸以及由此產(chǎn)生的施工費用。結(jié)構遭受地震時,能量均由防屈曲支撐耗散,梁、柱等主體結(jié)構構件不會發(fā)生破壞,是整個結(jié)構的“保險絲”,大震后可以方便更換損壞的支撐。

        (5)安裝方便且經(jīng)濟

           防屈曲支撐可通過螺栓或者銷軸連接到節(jié)點板,安裝方便而且經(jīng)濟。


        4.安裝方式

                   人字撐                                   斜撐


        5.節(jié)點安裝方式

               節(jié)點安裝方式1                  節(jié)點安裝方式2              節(jié)點安裝方式3            節(jié)點安裝方式4 

         


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