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关于BRB防屈曲支撑结构设计的探讨
作者：伍丽娟饶建兵
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第08期
摘要：防屈曲支撑框架结构作为一种新的耗能减震体系，在日本、美国等地震频发国家的研究较早，应用也日趋增多，然而在国内的研究才刚刚起步。简要介绍防屈曲支撑及其本身的工作原理、防屈曲支撑在地震作用下的工作状态及其设计要点，防屈曲支撑设计目标及方法。并对一五层框架结构加防屈曲支撑后抗震计算，对比应用了防屈曲支撑的框架结构和无防屈曲支撑的框架结构，在抗震设计中表现差异。对防屈曲支撑在框架结构设计理论及方法进行了探讨。
关键词：防屈曲支撑抗震设计框架结构
前言：
20世纪以来中国、日本、美国发生的大震导致了严重的经济损失和人员伤亡，抗震设计
在新建建筑设计中显得更为重要，如何优化结构在地震作用下的耗能作用，近年来成为抗震设计一大课题。日本研究者发现在结构设计中应用支撑，能明显改善主体结构的抗震性能，但普通支撑在受压和受拉情况下，会发生屈曲。在屈曲的研究和发展中，研究者又发现在罕遇地震下防屈曲支撑只屈服不屈曲，充分消耗地震能量。防屈曲支撑的出现和应用为结构抗震设计开阔了新的天地。
框架结构，框剪结构等在抗震设计时由于位移限制要求，为达到满足抗震设计的刚度，常会让梁柱截面加大，影响美观且造成浪费，引进防屈曲支撑利于大大提高框架结构的刚度，利于消耗地震作用，因其应用减少了大截面尺寸的柱和梁，有客观的经济性。在受建筑功能影响的框支结构中应用防屈曲支撑，也能满足抗震设计中对刚性和延性的要求。在抗震设防要求高的地区，合理应用防屈曲支撑能更有效地消耗地震能量。
1 防屈曲支撑工作原理及简化设计过程
1.1 防屈曲支撑的基本构成及工作原理
防屈曲支撑利用了金属材料良好的滞回耗能特性是一种在受拉与受压时均能达到屈服而不发生弯曲的轴力构件。它主要由钢支撑内芯、外包约束构件
以及两者之间所设置的无粘结材料或间隙三部分组
成，传统防屈曲支撑的基本组成如图 1 所示。
a b a q u s压杆屈曲分析 Revised by Petrel at 2021
压杆屈曲分析1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus对一定截面不同长细比下的H型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性：,, 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 50 60 80 100 120 150 180 （m） 1.92 2.30 3.07 3.84 4.60 5.76 6.90 3.模型分析
ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，generalstatics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 4.1buckle分析 1在buckle分析中创建part模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度1.92。如图4-1示 图4-1 2定义材料特性及截面属性并将其赋予单元。材料定义为弹塑性，泊松比0.3，屈服强度，弹性模量；腹板和翼缘板为壳单元，厚度分别为0.008和0,01。材料定义见图4-2
北京科学中心装修改造项目（C馆D 楼）屈曲约束支撑专项方案 编制： 审核： 审批： 北京发研工程技术有限公司 2015年10月9日 屈曲约束支撑阻尼器施工工程 第一章屈曲约束支撑阻尼器简介
1.屈曲约束支撑（BRB）是一种无论受拉还是受压都能达到承载全截面屈服的轴向受力构件，即能提供必要的抗侧刚度，又可以减小结构在罕遇地震作用下的振动响应。 2.屈曲约束支撑（BRB）是位移依存型阻尼器。 3.内核单元使用的是软钢材料。 4.小震时按普通钢支撑设计，框架结构可以很容易地满足规范的变形要求。 5.支撑的刚度和强度很容易调整，屈曲约束支撑设计灵活。 6.由于可以受拉和受压屈服，屈曲约束支撑消除了传统中心支撑框架的支撑屈曲问题，因此在强震时有更强和更稳定的能量耗散能力。 7.支撑构件既可保护其他构件免遭破坏，并且大震后，可以方便地更换损坏的支撑，起到建筑物安全保险丝的作用。 第二章本工程屈曲约束支撑阻尼器安设位置 本工程屈曲约束支撑阻尼器主要安设于框架柱边柱之间。 第三章设计要求 1.屈曲约束支撑是重要的结构抗震及减震产品，不可采用普通钢结构支撑替代，应由专业制造厂家提供。产品制造商应提供屈曲约束支撑产品的住建部科技成果评估证书，产品应有自主的知识产权及产品专利。 2.产品制造商应提供符合本工程检测要求（屈服承载力大于等于本工程同时长度大于等于本工程）的屈曲约束支撑检测报告（检测报告须有CMA章）。制造商还应提供由本公司产品进行的框架-屈曲约束支撑结构的振动台试验报告，以证明产品的性能和减震效果。 3.屈曲约束支撑（包括连接节点）应由有相关资质的单位（厂家）深化设计、制作及安装,并得到设计人员确认后方可安装使用。 4.本屈曲约束支撑为消能器，屈曲约束支撑抽检试验件须在具有CMA检测资质的独立第三方机构进行检测，屈曲约束支撑应能表现出稳定的、可重复的滞回性能，要求依次在1/300、1/200、1/150、1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各三次变形下，支撑有稳定饱满的滞回曲线。并在1/80支撑位移下往复循环30
| w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Buckling, Postbuckling, and Collapse Analysis with Abaqus | w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Day 1 ?Lecture 1Basic Concepts and Overview ?Workshop 1Buckling and Postbuckling Analyses of a Crane Structure ?Lecture 2 Finite Element Formulation ?Lecture 3Finite Element Implementation in Abaqus ?Lecture 4Eigenvalue Buckling Analysis ?Workshop 2Eigenvalue Buckling of a Ring Subjected to External Pressure ?Workshop 3 Elastic Buckling of Ring-Supported Cylindrical Shell under Hydrostatic Pressure
| w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Buckling, Postbuckling, and Collapse Analysis with Abaqus Day 2 ?Lecture 5 Regular and Damped Static Solution Procedures for Postbuckling Analyses ?Workshop 4Nonlinear Buckling of Ring-Supported Cylindrical Shell under Hydrostatic Pressure ?Workshop 5Static Buckling Analysis of a Circular Arch ?Lecture 6Modified Riks Static Solution Procedure for Postbuckling Analyses ?Workshop 5Static Buckling Analysis of a Circular Arch (continued)?Lecture 7Dynamic Analysis Solution Procedures for Postbuckling Analyses ?Workshop 5Static Buckling Analysis of a Circular Arch (continued)?Workshop 6Tube Crush Dynamic Analysis ?Lecture 8Putting It All Together… ?Workshop 7Capstone Workshop: Lee’s Frame Buckling Problem ?Workshop 8 Buckling and Postbuckling Analyses of a Stiffened Panel | w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Legal Notices The Abaqus Software described in this documentation is available only under license from Dassault Systèmes and its subsidiary and may be used or reproduced only in accordance with the terms of such license. This documentation and the software described in this documentation are subject to change without prior notice. Dassault Systèmes and its subsidiaries shall not be responsible for the consequences of any errors or omissions that may appear in this documentation. No part of this documentation may be reproduced or distributed in any form without prior written permission of Dassault Systèmes or its subsidiary.? Dassault Systèmes, 2011. Printed in the United States of America Abaqus, the 3DS logo, SIMULIA and CATIA are trademarks or registered trademarks of Dassault Systèmes or its subsidiaries in the US and/or other countries. Other company, product, and service names may be trademarks or service marks of their respective owners. For additional information concerning trademarks, copyrights, and licenses, see the Legal Notices in the Abaqus 6.11 Release Notes and the notices at: https://www.doczj.com/doc/721749746.html,/products/products_legal.html.
第二章 ABAQUS 基本使用方法 [2](pp15)快捷键：Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型；Ctrl+Alt+右键来旋转模型。 ②(pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外 丢失。 [3](pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid（实心体）而不是Shell（壳）。ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、边界条件、载荷等）都直接定义在几 何模型上。 载荷类型Pressure 的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。 [4](pp22)对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。 [5](pp23)Dismiss 和Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于：前者出现在包含只读数 据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击Cancel 按钮可关闭对话框，而不保存 所修改的内容。 [6](pp26)每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓的“实体”（instance） 是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件 上，相互作用（interaction）、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上或实体上， 对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。 [7](pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种：几何部件（native part）和网格部件（orphan mesh part）。 创建几何部件有两种方法：（1）使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直 接创建几何部件。（2）导入已有的CAD 模型文件，方法是：点击主菜单 File→Import→Part。网 格部件不包含特征，只包含节点、单元、 面、集合的信息。创建网格部件有三种方法：（1）导入 ODB 文件中的网格。（2）导入INP 文件中的网格。（3）把几何部件转化为网格部件，方法是：进 入Mesh 功能模块，点击主菜单Mesh→Create Mesh Part。 [8](pp31)初始分析步只有一个，名称是initial，它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初 始分析步之后，需要创建一个或多个后续分析步，主要有两大类：（1）通用分析步（general analysis step）可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型：—Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析 —Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析 —Dynamics, Explicit: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析
屈曲约束支撑基本原理及设计方法概述 摘要：对屈曲约束支撑的基本原理和基本组成进行了总结，分析了屈曲约束支撑区别于普通传统支撑的技术特点。对屈曲约束支撑的研究应用的现状进行了汇总，得到了该类型支撑相对于普通支撑的优势。从布置原则、节点设计等几个方面，讨论了屈曲约束支撑的设计方法与普通支撑的异同。重点讨论了屈曲约束支撑的承载力，包括设计承载力、屈服承载力和极限承载力。对这些承载力分别强调了其计算方法和适用范围。 关键词：屈曲约束支撑；耗能；滞回曲线；屈曲；承载力 1 概述 支撑是钢结构框架体系的重要抗侧力构件，传统的框架-支撑体系中，由于支撑在荷载作用下极易发生受压屈曲失稳，从而导致结构发生破坏。为了解决支撑受压屈曲的问题，能防止屈曲的支撑构件成为研究的热点。而且，屈曲约束支撑可以在进入塑性状态后可以消耗大量的能量，将结构的振动能量转化为热能消散掉，减小主体结构的地震反应，从而避免主体结构的破坏或倒塌。在过去的几十年里，特别是日本神户地震、美国北岭地震后，其在欧美国家以及我国台湾地区都得到了较好应用[1-3]。 屈曲约束支撑实质上是一种新型的金属屈服耗能支撑构件。中心部分是芯材，也称其为主受力构件。为了避免芯材受压时整体屈曲，即在受压受拉时都能达到屈服，芯材被置于一个屈曲约束单元内，在套管内灌注细石混凝土或者高强水泥砂浆。通过在钢芯外设置外围屈曲约束单元，支撑受拉受压时都可以屈服，抑制了压曲现象，可获得饱满的荷载一位移滞回曲线。 屈曲约束支撑的纵向主要由以下五部分组成：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，屈服约束机构。其中，约束屈服段就是通常称为可屈服的芯材的部分，要求在压力作用下允许有较大塑性变形，通过这种变形来达到耗能的目的。因此需使用延性较好的中等屈服强度钢，同时要求钢材的屈服强度值稳定，这对屈曲约束支撑框架能力的可靠性设计非常重要。 2 研究应用现状 对屈曲约束支撑的早期研究[4-7]是由日本研究者Kimura等人(1976)提出的。早期的屈曲约束支撑是将普通的钢支撑外包在方钢管砂浆中，通过试验，得到了少量的稳定的滞回曲线。Moehizuki(1980)和Wada(1989)等人又进行了相类似的试验，并在混凝土与支撑之间的界面上涂上了一种无粘结漆，使得钢支撑能自由的滑动。试验结果表明，虽然这种支撑也具有较稳定的滞回特性，但在反复荷载作用下，混凝土被压碎，限制支撑屈曲的作用也随之消失。Fujimoto(1988)等人对内核支撑和钢套管间填充砂浆的屈曲约束支撑进行了理论和试验研究，对各种不同铜套管尺寸进行了试验，得到了钢套管的刚度和强度设计准则。为了给美国
压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际 2 压杆截面尺寸（单位：m） 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取
值及杆件长度见表1： 表1 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例，其余构件建模计算过程与之类似。 4.1 buckle分析 1 在buckle分析中创建part模块，创建的模型为三位可变形壳体单元，截面参数见图1-1，构件长度1.92。如图4-1示
压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus 对一定截面不同长细比下的H 型钢构件进行屈曲分析，通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线，并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性： E =2.0×1011 N m 2? ,μ=0.3 , f y =3.45×108N m 2? 压杆截面尺寸（单位：m）
图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性，截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表1： 表1 λ50 60 80 100 120 150 180 ι（m） 1.92 2.30 3.07 3.84 4.60 5.76 6.90 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程
近些年来，屈曲约束支撑在建筑领域逐渐得到了广泛的应用，是一种一种新的耗能减震构件。但是目前还有很多人对屈曲约束支撑并不了解，因此在安装和使用上遇到了许多麻烦。为了避免这些麻烦，下面为大家整理了其施工安装工艺，仅供参考。 安装工艺之预埋件安装要点： 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腹板对齐，保证力的传递，应特别注意预埋件平面内的偏差。 2）预埋件及箍筋放置到位后，应做好临时固定措施，防止后面施工发生移位；梁柱钢筋绑扎完后，应再次复核预埋件位置，位置无误后再进行混凝土浇筑。 3）安装柱预埋件时，若因柱钢筋偏位造成预埋件放置后模板位置偏差以及柱钢筋与预埋件相碰时，应协调现场钢筋工进行柱钢筋调节。调节好后，在进行安装。 4）安装梁上部位预埋件时，模板支护好后，应复核尺寸，包括模板的高度与宽度，梁钢筋的间距，箍筋的间距。若模板尺寸偏差及梁钢筋偏位造成梁钢筋与预埋件碰撞，应协调现场木工、钢筋工进行梁钢筋调节。调节好后，在进行安装。 5）预埋件安装前，应提前查看现场，在预埋位置作出标示，防止与线路管道等其他预
埋件碰撞。 6）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。 7）预埋件安装过程中应协调好和其他工种交叉作业，做好事先交流，保证施工顺序，避免施工中返工或窝工。 8）预埋件安装过程中，要确保安全施工。 4.3.3、预埋件安装质量控制参数 1）预埋件表面平整度的偏差要求小于2cm。 2）预埋件埋置位置的偏差要求满足节点板预埋件的焊缝长度，若偏差过大，应做加劲板等补强措施。 3）锚筋与钢板的焊缝要饱满，避免存在漏焊等。 支撑施工控制要点： 1、屈曲约束支撑存储和运输注意事项 （1）屈曲约束支撑应存放在干燥、通风、无腐蚀性气体，并远离热源的场所。不合适的存放方式可能使组件腐蚀而功能失效。 （2）屈曲约束支撑组件装卸时，要用屈曲约束支撑自备吊环。 （3）如果在安装现场没有合适的起重机或叉车，可以使用轻型手推车。在这种情况下，必须注意采取措施以防止屈曲约束支撑滚落，例如，塞上木枕，并且慢慢地移动推车，以使车上的屈曲约束支撑组件不至彼此碰撞。 （4）如果在空间有限，可用辊子。不能在地上拖屈曲约束支撑组件，因为这样将会损坏组件，引起壳体腐蚀与变形。 防腐涂料施工要点：
我国对屈曲约束支撑的检验标准 随着我国对建筑减震产品的深入研发和应用，相应的减隔震技术标准也不断完善，形成了初步的规范体系，如颁布实施了CECS126:2001《叠层橡胶支座隔震技术规程》，JG/T2092012《建筑消能阻尼器》等,有关减隔震设计的分析内容已纳入GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(2016年版)进行规范管理。在此基础上,JGJ297—2013《建筑消能减震技术规程》于2013年6月9日颁布,2013年12月1日正式实施。相关标准规范的完善意味着减隔震技术正进入快速发展的新时机和广泛应用的新阶段。 1、[GB50011-2010]中规定屈曲约束支撑应按照同一工程中支撑的构造形式、约束屈服段材料和屈服承载力分类进行抽样试验检验，构造形式和约束屈服段材料相同且屈服承载力在50%至150%范围内的屈曲约束支撑划分为同一类别。每种类别抽样比例为2%，且不少于一根。试验时，依次在1/300，1/200，1/150，1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各3次变形。试验得到的滞回曲线应稳定、饱满，具有正的增量刚度，且最后一级变形第3次循环的承载力不低于历经最大承载力的85%，历经最大承载力不高于屈曲约束支撑极限承载力计算值的1.1倍。 2、[GB50011-2010]金属屈服位移相关型消能器等不可重复利用的消能器，在同一类型中抽检数量不少于2个，抽检合格率为100%，抽检后不能用于主体结构。型式检验和出厂检验应由第三方完成。
3、[JGJ99-2010]E.5.1屈曲约束支撑的设计应基于试验结果，试验至少应有两组:一组为组件试验，考察支撑连接的转动要求;另一组为支撑的单轴试验，以检验支撑的工作性状，特别是在拉压反复荷载作用下的滞回性能。 4、[JGJ99-2010]E.5.2屈曲约束支撑的试验加载应采取位移控制，对构件试验时控制轴向位移，对组件试验时控制转动位移。 5、[JGJ99-2010]E.5.3耗能型屈曲约束支撑试验应按以下加载幅值及顺序进行:依次在1/300、1/200、1/150、1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各3次变形，实现轴向累计非弹性变形至少为屈服变形的200倍(组件试验不做此要求) 6、[JGJ99-2010] E.5.4屈曲约束支撑的试验检验要求 1)同一工程中，屈曲约束支撑应按照支撑的构造形式、核心钢支撑材料和屈服承载力分类别进行试验检验。抽样比例为2%，每种类别至少有一根试件。构造形式和核心钢支撑材料相同且屈服承载力在试件承载力的50%至150%范围内的屈曲约束支撑划分为同一类别。 2)宜采用足尺试件进行试验。如果试验装置无法满足足尺试验要求，可以减小试件的长度。
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析 由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。 对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。 1.屈曲有限元理论 有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。 1.1线性屈曲 假设结构受到的外载荷模式为P0。，幅值大小为λ，结构内力为Q，则静力平衡方程应为 λP0=λQ 进一步考察结构在(λ+△λ)P0载荷作用下的平衡方程，得到 {[K E]+[K S(S+λ△S)]+[K G(u?+λu?)]}△u?=△λP0由于结构达到保持稳定的临界载荷时有△λ，代入上式得 {[K E]+λ[K S△σ]+K G(△u?)}△u?=0 该方程对应的特征值问题为 det{[K E]+λ[K S△σ]+K G(△u?)}=0 如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为 det{[K E]+λ[K S△σ]}=0 该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。λ为屈曲失稳载荷因子，(△u?)为结构失稳形态的特征向量。
普通支撑与屈曲约束支撑的区别 地震中绝大多数的人员伤亡与财产损失是由于房屋倒塌造成的。为了减轻地震的危害，保护建筑物的结构安全和人的安全，其中结构耗能减震是关乎人命生命财产安全的的主要措施。与普通支撑相比，屈曲约束支撑能最大化满足结构减震。因此在新建建筑中合理的安装屈曲约束支撑可以发挥其不容置疑的重要的作用。 蓝科减震作为国内最早的建筑减震产品公司，其生产的各类减震产品在国内外大型项目中得到很好的应用，我们的使命是为建筑物结构在地震作用下的安全保驾护航。 在地震的时候，地震力使得建筑物发生水平晃动，建筑物越高且越往上震感越明显。屈曲约束支撑在地震作用下，钢支撑内芯主要承担结构的水平地震力，而约束构件则仅对支撑的受压屈曲行为进行限制，从而使支撑在拉压两个方面都接近二立杆受力。屈曲约束支撑解决了普通支撑受压屈曲后出现强度和刚度退化以及容易发生疲劳断裂等性能问题，其在拉压两个方向的强度和刚度基本一致。对于装有屈曲约束支撑并经过适当设计的建筑物,屈曲约束支撑可在地震中先于结构耗能,转移结构中的能量分布,从而充当“结构保险丝构件”的角色,有效避免结构在大震中发生严重损伤。 普通支撑按照大震地震力进行稳定性设计,虽然可做到支撑不屈曲,但却会导致结构太刚太强,地震力也随之增加,梁柱截面显著增大,工程造价提升。因此,在当前抗震设计中,由于经济性要求的限制,普通支撑仅能按小震地震力进行稳定性设计,当地震力超过小震而达到中震或大震水平后,普通支撑必定会受压屈曲,在地震往复作用下发生疲劳断裂,最终在拉压两个方向都失去作用,即使改变支撑的布置形式也无法将破坏模式改变。 屈曲约束支撑只需根据强度选择截面,采用屈曲约束支撑来调整结构的抗扭刚度可获得比普通支撑更好的效果。屈曲约束支撑可同时给结构提供足够的刚度和阻尼,无需与大型支撑配合使用,建筑空间利用率更高。在结构体系设计时,屈曲约束支撑可简化为二力杆模型。震后只需更换屈曲约束支撑部件,主体结构经过小修后便可立即投入使用,减少震后修复的时间和经济损失。屈曲约束支撑采用拉压屈服的耗能方式,比传统的弯曲、剪切或扭转屈服形式的耗能能力更高。屈曲约束支撑的耗能金属部分一般不出现焊接,抗疲劳断裂性能进一步提高,不易在地震中发生金属断裂。
ABAQUS6.7非线性屈曲分析步骤 riks法，或者general statics法（加阻尼），或者动力法 一共三种方法， 【问】在aba中能实现非线性屈曲分析吗？在step中选定line- perturbation下的各项，其Nlgeom都为Off，是不是意味着是进行不了啊？ 【答】 line-perturbation应该是特征值屈曲分析，只能是线性的，要想进行非线性屈曲分析要引入初始缺陷 ABAQUS中非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已经初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 no.1:利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load），且需要在inp 文件中，作如下修改 *node file,global=yes *End Step 此修改目的在于：在下一步后屈曲分析所需要的初始缺陷的节点输出为.fil文件。no.2：其次，就是所谓的后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性，加上初始确定，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段，除了采用位移控制以及弧长法设定外，需在所得到的inp文件中，嵌入no.1中的.fil节点数据。修改如下： *IMPERFECTION（缺陷）, FILE=results_file（此文件名为.fil）, STEP=step(特征
屈曲约束支撑承载力说明 屈曲约束支撑承载力说明 上图为图纸中屈曲约束支撑相关参数，其中屈服荷载为 1.25fyA,从该公式看，1.25为芯材Q235的材料超强系数，fy为芯材屈服强度，A理应为芯板面积，而不是图纸中的等效截面面积，建议可用标识A1代替，具体依据可见建筑抗震设计规范GB50011-2010(2016版) 8.1.6条文说明。而由于刚度匹配的原因，节点段有效面积，支撑弹性段面积均大于芯板面积，芯板相对模型中等效面积较小。有关芯板面积与支撑承载力计算表格如下表所示。而关于刚度匹配计算表之前已经提供，如附件1所示。
附件1：屈曲约束支撑刚度计算说明 1.1支撑等效刚度 设A e为模型中截面面积，L e为支撑轴线长度，则支撑在模型中等效刚度K e按下列公式计算： K e=E s A e/L e（1） 式中E s为钢材弹性模量。 1.2支撑的刚度组成 模型中的支撑为整个轴线长度，在实际设计中，将支撑分为三个部分组成，分别为：上节点段、下节点段及支撑段。 BRB示意图
节点示意图 节点段与支撑段串联组成模型中的支撑刚度，因此根据刚度串联公式可得到： 1/K e=1/K上+1/K下+1/K C (2) 其中K上表示上节点段刚度，K下表示下节点段刚度，K C表示支撑段刚度。 节点段刚度可简化为L a和L b两部分串联组成，其刚度可按下列公式计算； 1/K j=1/K a+1/K b (3) 通过节点计算可以得到上、下节点段等效刚度，带入(2)式可得到支撑段等效刚度，产品根据支撑段等效刚度进行设计，从而实现与模型中支撑刚度的匹配。 1.屈曲约束支撑刚度匹配计算 屈曲约束支撑刚度匹配计算如下表所示，根据计算结果可以看出，根据产品刚度、节点刚度计算得到的支撑等效刚度与模型中等效刚度误差均小于。说明刚度匹配满足要求。
第二章ABAQUS基本使用方法 [2] (pp15)快捷键： Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型；Ctrl+Alt+右键来旋转模型。 ②(pp16)ABAQUS/CAE不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外丢失。 [3] (pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid (实心体)而不是Shell (壳)。 ABAQUS/CAE隹荐的建模方法是把整个数值模型(如材料、边界条件、载荷等)都直接定义在几何模型上。 载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。 [4] (pp22)对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。 [5] (pp23)Dismiss和Cancel按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于： 前者出现在包含只读数据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击Cancel按钮可关闭对话框，而不保存所修改的内容。 ⑹(pp26)每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓的实体”(instanee)是部件(part)在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件上，相互作用(in teraction)、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上或实体上，对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。 [7] (pp26) ABAQUS/CAE中的部件有两种： 几何部件(n ative part)和网格部件(orpha n mesh part)。 创建几何部件有两种方法： (1)使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直接创建几何部件。
屈曲约束支撑的特点与优势 屈曲约束支撑由于没有受压稳定问题，其在风荷载和多遇地震的作用下，构件承载能力比普通支撑大2~10倍，且支撑构件越长承载能力提高越多。在相同承载力条件下，屈曲约束支撑与普通支撑相比，其截面可大大减小，从而使结构的抗侧刚度减小，周期相应增大，故各阶振型的地震反应都有所减小，减小幅度一般为10%~25%。对于由地震作用参与的工况起控制作用的结构，地震作用减小后，理论上结构构件的截面可有不同程度的减小，可降低结构的整体造价约10%~30%。 屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在中震下率先屈服耗能，保护框架梁、框架柱等重要的主体结构构件在中震下不屈服。对于一般的中震情况，屈曲约束支撑产生的塑性变形并不大，经过检查后大部分可以继续使用。 屈曲约東支撑在弹塑性阶段工作时，变形能力强，滞回性能好，就如同一个性能优良的耗能阻尼器，比同类结构抵御罕遇地震的能力更强，使结构真正做到了大震安全。罕遇地震过后，发生较大屈服变形的屈曲约束支撑可以方便地进行更换，不影响建筑使用。而传统的框架梁端塑性铰耗能破坏，损坏部分的梁在拆除时，需要设置大面积的临时支撑或拆除楼板，极大地影响建筑的使用。 随着建筑物重要性等级的提高。部分建筑不仅要实现大震不倒的基本要求，还需要在地震后的余震中不致倒塌。通过合理布置屈曲约束支撑，保护主体结构不产生过大塑性变形，从而保证竖向承重构件
不会在余震中倒塌，建筑物就能实现余震不倒的设防目标。 屈曲约束支撑的安装、更换均方便快捷，能够减少现场的湿作业，提高施工效率，可获得较大的综合性效益。对于结构层高、层荷载以及层刚度分布不均匀的情况，合理布置屈曲约束支撑，能使结构整体振动形态得到明显改善，有效降低扭转变形对结构抗震性能的不利影响，改善结构的抗震性能。屈曲约束支撑的使用，可全面提高钢筋混凝土框架结构在中震和大震下的抗震性能。
消能减震技术——屈曲约束支撑 发表时间：2018-10-09T13:26:17.400Z 来源：《防护工程》2018年第14期作者：王灿灿1 李涌涛2 [导读] 消能减震装置已被应用于许多新建建筑和抗震加固工程中。消能减震装置的分类方法有多种。 王灿灿1 李涌涛2 1、济南臻固土木工程有限公司山东济南 250101； 2、日照高投市政工程有限公司山东日照 276800 摘要：消能减震装置已被应用于许多新建建筑和抗震加固工程中。消能减震装置的分类方法有多种。本文主要对屈曲约束支撑进行叙述。 关键词：消能减震装置，屈曲约束支撑 一、国内外现状 20世纪70年代, 国际土木工程界首次提出了结构振动控制的概念。美国是开展消能减震(振)技术研究较早的国家之一。早在1972 年竣工的纽约世界贸易中心大厦就安装了10000个粘弹性阻尼器(减小风振)。日本是结构控制技术应用发展最快的国家, 特别是1995年神户地震发生后, 采用结构控制技术的建筑如雨后春笋般涌现出来。在加拿大, Pall型摩擦阻尼器已被应用于许多新建建筑和抗震加固工程中, 在减小结构的振动作用时, 还取得较好的经济效益。 20世纪80年代初, 我国土木工程界王光远院士首先引入了结构振动控制的概念, 随后国内土木工程界的广大学者、研究人员深入展开了结构隔震、消能减震、吸振减震、主动控制、半主动控制和混合控制等方向的研究, 理论和试验研究、方案设计、结合实际工程分析研究、试点工程和应用等工作逐步推进, 并朝着标准化、规范化、产业化的方向迈进。从90年代以来, 我国学者和工程技术人员也致力于该技术的研究与工程实用。 二、效能减震产品的分类 消能减震装置的分类方法有多种。按其与位移、速度的相关性可分为位移相关型消能减震器（如摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器和屈曲约束支撑）、速度相关型消能减震器（如粘滞阻尼器）和速度位移相关型消能减震器（如粘弹性阻尼器）；按其制造材料可分为金属消能减震器、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器；按其消能减震机理可分为摩擦消能减震器、弹塑性消能减震器、粘滞阻尼器（粘弹性阻尼器）。 2.1屈曲约束支撑概述 屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace——简称BRB)主要由内芯耗能单元，外围约束单元与两者之间的缝隙或无粘结材料组成。内芯单元为钢芯，截面形式多为“一”形、“十”形、“H”形等多种形式：外围约束单元多为纯钢构件或钢管混凝土构件；无粘结材料有硅胶板，橡胶板等多种材料。屈曲约束支撑体系主要由内芯单元承受轴力，外围约束单元为内芯单元提供侧向刚度，防止内芯单元在轴向压力作用下发生屈曲，在轴向拉伸、压缩受力状态下，屈曲约束支撑比普通钢支撑能够表现出更加饱满的滞回曲线，体现优良的滞回耗能性能，因此被广泛的应用于实际工程项目中。 2.2屈曲约束支撑的分类 屈曲约束支撑根据构造形式分成纯钢型和填充型两种类型。按照使用功能分类，屈曲约束支撑有阻尼型支撑、耗能型支撑，承载型支撑三种类型。 1）阻尼型防屈曲支撑。在小震阶段即开始屈服耗能的屈曲约束支撑为阻尼型屈曲约束支撑其芯板一般采用低屈服点钢材。由于钢材屈服后弹性模量仅为屈服前的2%，因此其刚度相对较小（为割线刚度，也即等效刚度）。当主体结构刚度较大，需要附加阻尼比提高结构抗震性能时，应需用阻尼型屈曲约束支撑。 2）耗能型屈曲约束支撑。在中震或大震阶段才开始屈服耗能的屈曲约束支撑为耗能型屈曲约束支撑。当屈曲约束支撑既要提高结构刚度、承载力，又要在中、大震作用下屈服耗能时，应选用耗能型屈曲约束支撑。一般情况下，设计中应保证支撑在中震阶段进入屈服。 3）承载型屈曲约束支撑。大震阶段支撑仍保持弹性的屈曲约束支撑为承载型屈曲约束支撑，但支撑仅用于提高结构的刚度及承载力时，应选用承载型屈曲约束支撑。 2.3屈曲约束支撑构造 众所周知，在受弯构件中，桁架的材料效率比实腹式构件高很多，因此其经济性也很更好。框架-支撑结构实际上是“竖起来的桁架”。因此，框架-支撑结构是一种高效的结构形式。但是，普通支撑受压会产生屈曲，屈曲后支撑的刚度和承载力突然急剧下降。这种脆性破坏无征兆，是必须要避免的破坏形式，也正因此普通支撑的滞回性能很差，这也限制了框架-支撑结构的应用和发展。为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，在支撑外部设置套管，抑制支撑的受压屈曲，形成屈曲约束支撑。屈曲约束支撑由约束单元约束内核钢支撑，以防止内核钢支撑在压力作用下发生屈曲。内核钢支撑与约束单元之间可以自由相对滑动，工作时仅内核钢支撑受力。防屈曲支撑的常用截面形式“一”形、“十”形、“H”形。屈曲约束支撑在拉力和压力作用下均可达到强度屈服。经过合理设计的防屈曲约束支撑具有良好的延性和稳定饱满的滞回特性，可作为减震阻尼器和抗震构件使用。 2.4芯板钢材的材性要求 对芯板钢材的材料性能要求为： （a）芯板钢材应有明显的屈服台阶，屈服强度不宜大于235N/mm2（承载型防屈曲约束支撑不受限制），伸长率不应小于25%； （b）钢管的弹性屈曲承载力应大于屈曲约束支撑极限承载力计算1.2倍； （c）屈曲约束支撑应能在2倍设计层间位移角的情况下，限制芯材的局部和整体屈曲。 2.5屈曲约束支撑的适用范围 只要不影响建筑使用功能，屈曲约束支撑适用任何建筑。当由于门、窗等原因不宜布置屈曲约束支撑时，可以考虑采用防屈曲钢板墙。屈曲约束支撑主要有两个作用；提高结构抗侧刚度和消耗地震能量减小主体结构损伤。 从提高结构抗侧刚度来看，屈曲约束支撑适用于；高烈度地区、大跨度、高柔及高耸等对结构抗侧刚度要求较高的建筑。与增加梁柱截面和采用钢筋混凝土墙对比，其经济优势明显，且有利于结构裂缝防治。 从消耗地震能量角度来看，由于支撑两端相对变形越大，支撑内力越大，消能减震效果就越显著，因此，屈曲约束支撑适用于高烈度地区