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土木工程

屈曲約束支撐

屈曲約束支撐

屈曲約束支撐(BRB)屈曲約束支撐(Buckling-Restrained Brace),簡稱BRB···


  1. 屈曲約束支撐(BRB)

屈曲約(yue)束支撐(Buckling-Restrained Brace),簡(jian)稱(cheng)BRB,它具有受壓(ya)時(shi)屈服而不屈曲的優點,既可以(yi)像普(pu)通支撐一樣為結(jie)構提供附加剛度,又能夠(gou)耗散地震的能量(liang),降(jiang)低結(jie)構主(zhu)要構件在(zai)地震中的損傷,保護(hu)主(zhu)體結(jie)構。

BRB一般由(you)三部分組成,即(ji)核(he)心(xin)單元(yuan)(yuan)、外約束(shu)單元(yuan)(yuan)以(yi)及核(he)心(xin)單元(yuan)(yuan)與(yu)外約束(shu)單元(yuan)(yuan)之間的(de)無粘結材料。

核(he)心(xin)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)為(wei)主要受力構(gou)件,由低屈(qu)服(fu)點鋼(gang)組成,其(qi)形狀一般有一字型(xing)和十字型(xing)兩種。外(wai)約(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)提供側向約(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu),防止(zhi)核(he)心(xin)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)發生屈(qu)曲(qu)失(shi)穩(wen),常用的有鋼(gang)管(guan)混凝土(tu)約(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)以(yi)及(ji)純(chun)鋼(gang)約(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan),無(wu)粘結(jie)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)包裹在核(he)心(xin)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)的表面,起到(dao)減小核(he)心(xin)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)與(yu)外(wai)約(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)之間(jian)摩擦力的作用。

屈曲(qu)約(yue)束支撐(cheng)一方(fang)面可以避免普(pu)通鋼支撐(cheng)拉壓承載力差異(yi)顯著(zhu);另一方(fang)面具有金屬阻(zu)尼(ni)器(qi)耗(hao)能(neng)能(neng)力,在結構中(zhong)充(chong)當保險絲的作用,使結構處于彈(dan)性狀態。

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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(ke)選用X型支撐布置

構件驗算

小震和風荷載(zai)下需要進行穩(wen)定(ding)承載(zai)力驗算

小震和風載荷下只進行強(qiang)度驗算,產品本身已滿足(zu)穩(wen)定性要求

節點設計

根據(ju)支撐抗拉(la)屈服承載力設(she)計

根據(ju)支撐極(ji)限支撐力設計(ji)

彈塑性時程分析

應采(cai)用拉壓不對稱滯回模(mo)型(xing)

可采用簡單(dan)雙線型滯(zhi)回(hui)模型

 

狀態

傳統支撐框架

防屈曲支撐框架

主體結構

普通支撐

主體結構

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(geng)換防(fang)屈(qu)曲支(zhi)撐,不影(ying)響建筑物使用

 

3.防屈曲支撐的優點

(1)承載(zai)力高、合理(li)調節抗側(ce)剛度

 

屈(qu)曲約束支撐:中心支撐框(kuang)架(jia)構件的抗震承載力驗算,應符合下列規(gui)定:

支撐(cheng)斜桿的(de)受壓(ya)承載(zai)力(li)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定系數;為受循環荷載時的強度降低系數;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;為支撐穩定(ding)破壞承載(zai)力抗震(zhen)調整系數。

=

式中,為防屈曲支撐芯材截面面積;為(wei)防屈曲支(zhi)撐芯材強度設(she)計(ji)值。

普通支(zhi)撐(cheng)是穩定受壓承載(zai)力控制,其剛(gang)度(du)(du)較大,因此(ci)對周邊連接構件(jian)受力影響(xiang)較大,防屈曲支(zhi)撐(cheng)可(ke)通過鋼(gang)套筒的約束作用使其保持穩定性要(yao)求,因此(ci)剛(gang)度(du)(du)可(ke)根據設(she)計需要(yao)進行調整,既節約了構件(jian)用鋼(gang)量,又減少了結構的基底剪(jian)力。小(xiao)震時防屈曲支(zhi)撐(cheng)的線(xian)彈性剛(gang)度(du)(du)高,可(ke)以很容(rong)易滿足規范的變(bian)形要(yao)求。

(2)延(yan)性與(yu)耗能(neng)性能(neng)良(liang)好

采用防(fang)(fang)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)曲支撐的(de)(de)(de)(de)(de)建(jian)(jian)筑(zhu)結(jie)(jie)(jie)構(gou)具(ju)(ju)有(you)優于普(pu)通結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)震(zhen)(zhen)(zhen)能(neng)(neng)(neng)力。第一,建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度適當(dang),作(zuo)用于其上的(de)(de)(de)(de)(de)地(di)震(zhen)(zhen)(zhen)作(zuo)用較(jiao)(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)。普(pu)通支撐因為既要(yao)滿足(zu)結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度要(yao)求(qiu),又要(yao)滿足(zu)自(zi)身的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)要(yao)求(qiu),斷(duan)面尺寸(cun)通常比防(fang)(fang)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)曲支撐大。這就使得(de)(de)建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度較(jiao)(jiao)(jiao)大,從而導致(zhi)地(di)震(zhen)(zhen)(zhen)作(zuo)用較(jiao)(jiao)(jiao)大。反(fan)之,防(fang)(fang)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)曲支撐只要(yao)滿足(zu)結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度要(yao)求(qiu)和(he)自(zi)身的(de)(de)(de)(de)(de)強度要(yao)求(qiu)即可,自(zi)身的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)由外包(bao)鋼(gang)管(guan)及(ji)附著物(wu)來保證,因此內核鋼(gang)支撐有(you)效斷(duan)面尺寸(cun)較(jiao)(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao),建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度適當(dang),從而使得(de)(de)地(di)震(zhen)(zhen)(zhen)作(zuo)用較(jiao)(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)。第二,建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度在(zai)支撐屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服后(hou)不(bu)(bu)會突(tu)然下(xia)(xia)降,結(jie)(jie)(jie)構(gou)整(zheng)(zheng)體延性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)(jiao)好。普(pu)通支撐一旦受(shou)壓失(shi)(shi)穩就會推出工(gong)作(zuo),結(jie)(jie)(jie)構(gou)剛(gang)度就會突(tu)然下(xia)(xia)降,結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)震(zhen)(zhen)(zhen)能(neng)(neng)(neng)力也就突(tu)然減(jian)小(xiao)(xiao)很多(duo),結(jie)(jie)(jie)構(gou)整(zheng)(zheng)體延性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)(jiao)差。防(fang)(fang)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)曲支撐即使受(shou)壓屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服,還會繼續保持承(cheng)載力,結(jie)(jie)(jie)構(gou)剛(gang)度降低幅(fu)度不(bu)(bu)大,結(jie)(jie)(jie)構(gou)整(zheng)(zheng)體仍然具(ju)(ju)有(you)較(jiao)(jiao)(jiao)好的(de)(de)(de)(de)(de)承(cheng)載力。第三,建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)在(zai)中震(zhen)(zhen)(zhen)和(he)大震(zhen)(zhen)(zhen)作(zuo)用下(xia)(xia)將(jiang)具(ju)(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)震(zhen)(zhen)(zhen)能(neng)(neng)(neng)力,主體結(jie)(jie)(jie)構(gou)構(gou)件(jian)損傷(shang)較(jiao)(jiao)(jiao)輕。普(pu)通支撐在(zai)中震(zhen)(zhen)(zhen)和(he)大震(zhen)(zhen)(zhen)作(zuo)用下(xia)(xia)失(shi)(shi)穩以(yi)(yi)后(hou)退出工(gong)作(zuo),框架(jia)梁、柱(zhu)將(jiang)依(yi)靠梁端和(he)柱(zhu)端的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)鉸來耗散(san)地(di)震(zhen)(zhen)(zhen)能(neng)(neng)(neng)量,主體結(jie)(jie)(jie)構(gou)必然損傷(shang)嚴重。防(fang)(fang)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)曲支撐在(zai)中震(zhen)(zhen)(zhen)和(he)大震(zhen)(zhen)(zhen)作(zuo)用下(xia)(xia)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服以(yi)(yi)后(hou),具(ju)(ju)有(you)更強和(he)更穩定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量耗散(san)能(neng)(neng)(neng)力,耗散(san)作(zuo)用到結(jie)(jie)(jie)構(gou)中的(de)(de)(de)(de)(de)地(di)震(zhen)(zhen)(zhen)能(neng)(neng)(neng)量,保護主體結(jie)(jie)(jie)構(gou),因此主體結(jie)(jie)(jie)構(gou)損傷(shang)較(jiao)(jiao)(jiao)輕。

(3)提供附加阻尼比(bi)

防屈曲(qu)支撐(cheng)(cheng)可(ke)根據項目特點,合(he)理設計(ji)的防屈曲(qu)支撐(cheng)(cheng)可(ke)使其(qi)在多遇地震(zhen)作用下(xia)屈服(fu)耗能,小(xiao)震(zhen)作用下(xia)提供附加阻尼比,減(jian)小(xiao)地震(zhen)作用,能減(jian)小(xiao)梁、柱、墻的截面大小(xiao),不(bu)僅能提高結構的安全性能,還(huan)能減(jian)小(xiao)工程造價(jia)。

(4)降低工程(cheng)綜合(he)造價

   采(cai)用防屈曲支撐(cheng),可(ke)以(yi)(yi)(yi)減(jian)小基底剪力(li),降低結構(gou)(gou)所承受(shou)的(de)地震(zhen)(zhen)作(zuo)用,由(you)此(ci)可(ke)以(yi)(yi)(yi)減(jian)少梁、柱、基礎的(de)截面(mian)尺寸以(yi)(yi)(yi)及由(you)此(ci)產生的(de)施工費用。結構(gou)(gou)遭(zao)受(shou)地震(zhen)(zhen)時(shi),能(neng)量均由(you)防屈曲支撐(cheng)耗(hao)散,梁、柱等(deng)主體結構(gou)(gou)構(gou)(gou)件不會發生破壞(huai),是整個(ge)結構(gou)(gou)的(de)“保險絲”,大(da)震(zhen)(zhen)后可(ke)以(yi)(yi)(yi)方便更換(huan)損壞(huai)的(de)支撐(cheng)。

(5)安裝方便且經濟(ji)

   防屈曲支撐可通過螺栓或(huo)者銷軸連接(jie)到節(jie)點板(ban),安(an)裝方便而且經濟(ji)。


4.安裝方式

           人(ren)字(zi)撐                                   斜撐


5.節點安裝方式

       節(jie)點安(an)(an)裝方式1                  節(jie)點安(an)(an)裝方式2              節(jie)點安(an)(an)裝方式3            節(jie)點安(an)(an)裝方式4