文章编号:1673-5196(2008)05-0122-05
带接触环的双钢管约束屈曲支撑有限元分析
殷占忠,王秀丽,李晓东
(兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050)
摘要:约束屈曲支撑因在受拉和受压时都可屈服而不屈曲,在弱震作用下就可能提早屈服耗能,保护主体结构不受破坏,在强震作用大量吸收能量,提高结构安全度.对双钢管约束屈曲支撑进行改造,在内核中部和端部增设接触环.对该支撑进行有限元数值模拟.结果表明,这种防屈曲支撑具有良好的耗能能力和受力性能,改善了常用防屈曲支撑所出现的连接困难等问题.
关键词:约束屈曲支撑;接触环;有限元分析
中图分类号:T U312.1 文献标识码:A
Finite element analysis of double-stee-l tube buckling
restricting braces with contact-ring
YIN Zhan-zhong,WA NG Xiu-li,LI Xiao-dong
(College of Civil En gineering,Lanz hou Univ.of Tech.,Lanzhou 730050,China)
Abstract:The buckling restricting br aces(BRBs)m ig ht yield but w ould not buckle w hether compressed or tensioned.Thus,BRBs could dissipate in advance the energ y o f w eak earthquake action and pro tect the structure of m ain com plex fro m destr uctio n.M eantime,under the action of strong earthquake the BRBs could abso rb its energ y in larg e amo unt,so that the structural safty w as improv ed.The BRBs w ith double-stee-l tube w as remodelled with additional contact-r ing in the m iddle o f their inner kernel and at their ends. Finite element numeric sim ulation w as co nducted for this kind of BRBs and its result show ed that it ex hib-i ted fine ability of energy dissipatio n and kinematic per for mance.In additio n,the difficulty o f component connectio n w ith the conv entional BRBs w as overco me.
Key words:buckling restrained braces;co ntact-r ing;finite elem ent analysis
自从1976年Kim ur a[1,2]等人提出了制造一种可以耗散能量但不会屈曲的支撑的尝试后,这种支撑得到了众多学者的密切关注.近几年,日本、美国等国家的相关学者积极开展约束屈曲支撑的研究与应用[3~6].典型的约束屈曲支撑构件由3部分组成:承受大部分轴力的内核耗能部分、有侧向约束作用的钢管混凝土和介于前两者之间的无粘结材料.外包构件仅对内核构件提供侧向支撑,防止内核钢支撑在压力作用下屈曲,从而改进了结构对地震能量的耗散能力.约束屈曲支撑目前国内外大部分的研究均集中于框架结构体系.在国内外大量的计算、试验研究中,用于框架结构中的研究较多,但是在大
收稿日期:2008-01-20
基金项目:国家自然科学基金(50678078)
作者简介:殷占忠(1979-),男,甘肃陇西人,博士,讲师.跨结构中的应用研究尚未开展,且用钢管混凝土作为侧向约束构件质量较大.
1 简化模型近似计算
根据约束屈曲在受拉和受压时芯材都能屈服而不整体屈曲的原理,对双钢管约束屈曲支撑的内核构造进行改进,即在内核中点处增设一个接触环,该接触环与外套管始终接触,给内核提供一个侧向约束点,降低内核的计算长度,提高内核的屈曲荷载,构件尺寸及构造如图1.
对于改进后的双钢管约束屈曲支撑,当内核受到轴向压力作用时,当P达到临界荷载时,内核发生一阶模态屈曲,由图1可以看出内核通过接触环与套管紧密接触,内核与套管在中点处挠度相同,此时套管与外管一起发生弯曲变形,接触压力为Q.在
第34卷第5期2008年10月
兰 州 理 工 大 学 学 报
Jo ur nal of L anzho u U niv ersity of T echno lo gy
Vo l.34No.5
Oct.2008
图1 带接触环的双钢管约束屈曲支撑构造图Fig.1 Structural diagram of double -stee-l tube BRBs with
contac-t ring
实际结构中,支撑两端与主结构铰接,中间受到外套管反力,所以该支撑的简化计算模型如图2.在小挠度理论下根据材料力学知识建立其微分方程
[7]
:E n I n v n (x )+Pv n (x )=-Qx
2
(1)E t I t v t (x )=Qx
2
(2)
式中:E n I n 、E t I t 分别为内核与套管的弯曲刚度,v n 、v t 分别为内核与套管的挠度.由于接触环的存在,假定构件的一阶屈曲模态相同,所以在这个假定下有v n =v t ,由式(1、2)得其欧拉临界荷载为
P cr = 2
(E n I n +E t I t )( l )
2
(3) 构件内核长l =2.3m,E n I n =15.57kN m 2
,
图2 双钢管约束屈曲支撑的力学模型Fig.2 Mechanical model of double -stee-l tube BRBs
E t I t =109.47kN m 2.支撑两端一般为铰接,所以计算长度系数 = 1.0,将这些数值代入式(3)有:
P cr =182.37kN.而仅内核作为支撑时的临界荷载为P cr = 2E n I n
( l)2=22.71kN,临界荷载远小于带接
触环双钢管约束屈曲支撑的临界荷载,所以该构件在弱震作用下就能提早屈服耗能,保护主体结构不
受破坏.这与N akashima 等人[8,9,10]提出的以高强度钢材制作主要梁柱构件,低屈服强度钢材制作消能组件的耐震设计观念一致,满足服务阶段、损坏阶
段、极限阶段3种不同状态的要求[11,12].
2 双钢管约束屈曲支撑的有限元分析
2.1 模型的建立
选用有限元分析软件ANSYS 对支撑进行分析.对构件的套管、内核构件以及接触环都采用三维实体单元SOLID45来建立模型.模型中的内核与套管间存在大量的接触区,其接触面采用T ARGE170单元和CONT A174单元来模拟接.材料采用Von M ises 屈服准则及相应的塑性流动法则来指明当等效应力超过材料的屈服应力时,将发生塑性变形以及塑性应变的方向.考虑到构件变形的特性及接触区的滑移,当结构经受大变形后,其几何形状的改变可能会引起结构的非线性,计算时将大变形打开.模型如图3所示.构件内核的综合屈服强度为100M Pa,套管的屈服强度为235M Pa,选用Q235钢,弹性模量取0.3.模型几何参数见表1.
表1 模型参数表Tab.1 Model parameters
构件名称构件编号内核长度/m 内核
截面外套管长度/m 外套管截面
接触环尺寸
单钢管支撑SP -1 2.3 45 2.5普通双钢管支撑
SP -2
2.3
45 2.5
2.0
68 5.5
带接触环的
双钢管约束屈曲支撑
SP -3 2.3 45 2.5 2.0 68 5.5 57
6
(a)SP -3内核模型(b)SP -2内核模型(c)整体模型
图3 带接触环的双钢管约束屈曲支撑有限元模型Fig.3 Finite element model of BRBs with contac-t ring
123 第5期 殷占忠等:带接触环的双钢管约束屈曲支撑有限元分析
2.2 受力分析
1)单向加载的轴向荷载-轴向位移曲线.加载后为了使构件发生屈曲,首先对构件进行特征屈曲分析,得到第一阶屈曲模态,以一阶屈曲模态位移的0.001作为结构的初始缺陷,然后进行非线性分析.通过对没有外套管约束的内核构件SP -1、普通双钢管约束屈曲支撑构件SP -2和带接触环双钢管约束屈曲支撑构件SP -3的3种模型进行单向加载,得到了相应的荷载-位移曲线.从图4、5可以看出,轴向极限荷载值达到约130kN,而按单向拉伸对应的屈服强度计算达不到该值,这是由于计算时材料采用的是Vo n Mises 屈服准则,周边外套管约束下单向应力已经超过100M Pa 所致.该值又比理论计算结果小,这主要是因为上述理论模型为理想模型,且在计算中没有考虑缺陷所致.当荷载达到130kN 后两类支撑构件的承载能力都不再增加,只是发展趋势发生了重大变化,单钢管支撑内力和外力不再能
(a)
单钢管支撑
(b)
普通双钢管支撑
(c)带接触环的双钢管约束屈曲支撑图4 轴向荷载-轴向位移曲线
Fig.4 Curve of axial load vs axial
displacement
(a)单钢管支撑
(b)
普通双钢管支撑 (c)带接触环的双钢管约束屈曲支撑
图5 轴向荷载-侧向位移曲线
Fig.5 C urve of axial load vs side -displacement
维持平衡,构件将发生失稳,而普通双钢管约束屈曲支撑构件和带接触环的约束屈曲支撑总的趋势比较平稳,但SP -2模型承载力呈现出下降趋势,局部有所波动,峰值之间历时较长,而SP -3模型整个过程中波动明显,反复出现承载力先下降再上升的现象,
这主要原因在于双管之间存在间隙,内核发生微小屈曲时承载力下降,但由于中间没有接触环的SP -2模型不能给内核提供支撑,所以出现逐渐下降趋势比较明显.SP -3下降历时较短,但SP -2、3受到外套管的约束后承载力又开始回升,再加上增加了接触环,从而增强外套管约束作用.从图4b 中可以看到出现了3次下降,但下降段的长度越到后期越长,且越来越接近水平.这就达到了只发生轴向变形而不屈曲的效果.
从图5a 可以看到,单钢管支撑当荷载达到131kN 后出现了明显的侧移,说明构件已经失稳,这一点与图4结果一致.但带接触环的约束屈曲支撑虽
124 兰
州理工大学学报 第34卷
然发生了侧移,其绝对值不到0.02mm,这与图4b 中曲线发生波动相一致.
2)单向加载的轴向荷载-侧向位移曲线.两种构件的轴向承载力都在130kN 附近,对普通双钢管支撑来说已经超过了临界荷载,但对带接触环双钢管约束屈曲支撑还没有达到理论计算的欧拉临界荷载182.37kN.从应力云图(图6)可以看出,深色处表明综合应力已经达到屈服强度,说明内核全长范围内已经屈服,耗散能量.此时,从表2可知,单钢管支撑的外荷载达到128.706kN 时构件内核屈服,双钢管约束屈曲支撑的外荷载达到130.887kN 时构件内核屈服,同时构件开始产生侧移(图7),SP -1侧移值大约3mm,SP -2侧移值大约1m m,SP -3侧移值大约0.6mm.若再继续加载,侧移不断增大,SP -1侧移值不断增加(图7a).模型SP -2最大侧移值达12mm ,双管的间隙只有6mm,说明此时外套管也已经弯曲(图7b);而对于带接触环双钢管屈曲支撑,外套管与接触环开始发挥作用,抑制侧向位移的作用开始发挥,使内核构件不屈曲,只发生轴向变形,内管刚屈服时侧移值大约0.6m m,
侧移也
(a)
单钢管支撑
(b)带接触环的双钢管约束屈曲支撑
图6 内核应力云图Fig.6 Stress in inner kernel
表2 计算结果Tab.2 C omputation result
构件内核全部屈服承时承载力/kN 内核极限承载力/k N
内核开始屈服时侧向位移/mm
单钢管支撑128.706131.137 3.029普通双钢管支撑129.237130.360 1.110带接触环的双钢管约束屈曲支撑
130.887
131.363
0.
672
(a)
单钢管支撑
(b)
普通双钢管约束屈曲支撑
(c)带接触环的双钢管约束屈曲支撑
图7 支撑变形Fig.7 Deformation of brace
随时间缓慢增加,最大侧移值时的变形见图7c,出现两阶屈曲.2.3 滞回性能分析
在地震(反复荷载)作用下,支撑每经过一个循环,加载时先是吸收或储存能量,卸载时释放能量,但两者能量不相等.两者能量之差为支撑在一个循环中的耗散能量[13],也就是一个滞回曲线所含的面积,所以曲线越饱满,则支撑的耗能能力越高.从滞
回曲线(图8a)结果表明,单钢管支撑在最初的3个加载循环中,滞回曲线比较稳定,到了第4个循环开始出现在受压时屈曲,拉压性能不能充分发挥.从图8b 看出普通双钢管约束屈曲支撑的滞回曲线比单钢管支撑稳定,但滞回曲线的骨架两端小中间大,说明构件的刚度和承载能力在下降,滞回性能随之变化.而带接触环的双钢管约束屈曲支撑受到外套管和接触环的约束内核在拉力和压力作用下均可达到充分屈服(图8c),通过往复周期循环20
,滞回曲线饱满,滞回特性稳定,其刚度
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和强度在拉压状态下均相同,具有很好的延性,可以作为减震阻尼构件.同时由图6b 可以看出,构件内核段进入了屈服状态,而连接段仍处于弹性状态(图5),这样即保证了屈曲支撑与结构的可靠连接,又使构件具有良好的耗能能力.如果约束屈曲支撑的连接段过柔,会发生弯曲屈曲,从而影响整个支撑的耗能性能.另外,双钢管约束屈曲支撑在内核的中部和端部放置了接触环,即增强了端部连接部位的刚度,又提高了内核的屈曲临界荷载,与其他支撑相比具有优势的一方面;另外方便了与主体结构的连接,如与网壳结构连接,可以直接采用相贯节点或螺栓连接,如与框架结构连接增设结点板即可实现
.
(a)
单钢管支撑
(b)普
通双钢管支撑
(c)带接触环的双钢管约束屈曲支撑
图8 滞回曲线Fig.8 Hysteresis curves
3 结论
通过对钢管支撑、普通双钢管支撑和带有接触环的双钢管约束屈曲支撑的有限元分析,可以得出以下结论.1)带接触环的双钢管约束屈曲支撑保证
了内核和外套管的整体屈曲变形,提高了屈曲临界荷载,又能允许内核发生横向膨胀变形,具有良好的延性和稳定饱满的滞回特性,且没有降低强度和刚度.2)约束屈曲支撑在内核中部、端部都设置了接触环,加强了端部刚度,保证了端部连接处不会发生局部失稳,为内核充分耗能提供了保障,同时中部环为内核在中点提供了侧向支撑点.3)带接触环的双钢管约束屈曲支撑与常用的约束屈曲支撑相比,在与主体结构的连接上简单方便,比较容易保证连接段的稳定.4)带接触环的双钢管约束屈曲支撑没有混凝土材料,质量轻、耗能好,连接方便,在网壳等大跨度结构中应用更有优势.
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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
屈曲约束支撑施工工法 1前言 屈曲约束支撑是为了改善支撑的抗震性能，通过其自身刚度和先于结构主体屈服产生的滞回耗能来减轻甚至避免主体在地震中的损坏。屈曲约束支撑具有明 确的屈服承载力，在大震下可起到“保险丝”的作用，用于保护主体结构在大震下不屈服或者不严重破坏，并且大震后，经核查，可以方便地更换损坏的支撑。设置屈曲不仅能提高结构抗震能力，还能减小支撑的外观尺寸。 屈曲约束支撑是由芯材、约束芯材屈曲的套管和位于芯材和套管间的无粘接材料组成及填充材料组成的一种支撑构件。屈曲约束支撑的发明名称：加劲钢套屈曲约束支撑构件，专利号：ZL 2008 1 0033069.9 屈曲约束支撑应用于框架结构工程中用钢支撑代替剪力墙的一种创新技术，是建筑结构的一部分，新的结构形式引发新的施工工艺，新的施工工艺研制应用创新总结形成了本工法。 屈曲约束支撑施工工法主要包括预埋件预埋阶段、支撑杆件制作阶段、吊装阶段、验收阶段。 2、工法特点 2.1特点：1、采用计算机3D模拟技术，调整预埋件与梁、柱钢筋的位置关系。2、屈曲约束支撑的垂直运输、水平运输采用机械吊装人工配合（场内）。3、框架柱提前预埋吊点，精确定位。 2.2难点：1、预留预埋构造技术复杂、难度大；2、屈曲约束支撑构件的起重就位条件要求高、难度大；3、安全管理、专业工种配合要求高。 3、适用范围 本工法适用于设计采用屈曲约束支撑的钢筋混凝土框架结构。 4、工艺原理
在设计单位和屈曲约束支撑构件生产厂家的共同配合下，选择适用的起重设备及其配套设施，依次运用预留预埋件的制作及安装专项技术、屈曲约束支撑构件垂直运输、楼层内平移技术及提升就位焊接安装技术等三项关键技术，完成屈曲约束支撑的安装工程。形成了钢筋混凝土框架结构屈曲约束支撑安装施工工艺。涉及钢筋混凝土框架结构、钢结构等施工技术理论体系。 5、施工工艺流程及操作要点 5.1 施工流程 施工前准备T预留预埋阶段T吊装前检查T屈曲约束支撑到场T安装设备就位f垂直运输f水平运输f误差消除f起吊f临时定位f校正f最终固定f焊缝探伤检测T 竣工验收。 5.2 操作要点 施工准备阶段 施工现场准备f技术准备f 劳动力组织f屈曲约束支撑的运输和堆放f临时吊点准备 1、施工现场准备 办好施工场地移交手续, 建造各项施工临时设施,现场测控网布设，进场后由业主交出后，立即进行复测定位,施工物质及机具进场,材料准备,施工设备准备（安装前检查施工设备的完好情况，确保设备在施工中能正常运转） 2、技术准备 组织学习会审图纸进行技术交底，有问题及时与设计单位及产品供应商联系解决。对工程现状、周围环境进行了解。 3、劳动力组织根据屈曲约束支撑安装需要，挑选责任心强、素质高、技术好、经验丰富的施工队伍，参加本工程的安装建设。 4、屈曲约束支撑的运输和堆放 1）屈曲约束支撑的运输至工程现场：采用整车公路运输方式，屈曲约束支撑在发运前派专人提前检查支撑，包 括支撑编号、支撑标识、支撑装车规划、运输车辆需求、运输时间预测、与支撑接收方的沟通等相关必要的工作。支撑在装车时采用平叠式，支撑之间用枕木垫紧，然后用钢丝绳固定好。 2）屈曲约束支撑的堆放：屈曲约束支撑到场前应清理出一块干净平整的地面，并在场地里放置一定 数量的50*50 软木枋（软木枋用于垫屈曲约束支撑）。软木枋的长度为350mm。屈曲约束支撑堆放层数不得超过四层，重叠堆放采用交叉堆放（以免损伤吊耳）第二层在第一层上转动90 度，第三层同第一层，第四层同第二层。 5、临时吊点准备屈曲约束支撑在安装前应预先设置好临时吊点，每根支撑临时吊点不少于两个。 5.3 预埋件施工工艺 5.3.1 施工准备 1、进行技术交底，明确施工工序和相关施工工种进行安装前协调并说明施工要点。主要涉及到钢筋绑扎，模板支护，线路管道预埋等施工。 2、查看工程现场实际条件及进度，做好埋件批次制作等计划，确保埋件安装进度。 3、预埋件安装前进行现场尺寸复核，如果发现与图纸有出入，及时向设计师反映并作出
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。 (1)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。 (2)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）。 (3)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.2.1-2 Support the basic structure of buckling constraints （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.2.1-3The gap of yield constraints section and mortar （5）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
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。
谈屈曲约束支撑安装施工
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谈屈曲约束支撑安装施工 柴喜伟 （山西省第三建筑工程公司，山西太原030024） 摘要：论述了屈曲约束支撑的作用与优点，介绍了屈曲约束支撑的主要类型，针对屈曲约束支撑在安装施工中遇到的问题，阐述了其在安装中的注意事项，旨在提高建筑结构在地震作用下的安全性。 关键词：屈曲约束支撑，地震作用，抗震性能，安装方法 中图分类号：TU758 文献标识码：A 1 概述 1.1 屈曲约束支撑的作用 1）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向都接近二力杆受力。 2)钢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。 1.2 屈曲约束支撑技术优点 1)若把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。 2)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。 3)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
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。
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。
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
× × × ×学院屈曲约束支撑节点施工方案 2
× × × ×学院新校区体育场屈曲约束支撑节点工程 施 工 组 织 设 计 编制单位：河南林青工程技术有限公司 编制时间：2014年5月29日
目录 第一章.............................................................................................. 编制依据第二章.............................................................................................. 工程概况第三章工程范围及方案选择 第四章施工部署 第五章安全保障措施 第六章文明施工保障措施 第七章注意事项 第八章检验与验收 河南林青工程技术有限公司 1
一、编制依据 1.《郑州华信学院新校区体育场屈曲约束支撑深化设计图》； 2.《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB 50550-2010）； 3.《钢结构工程施工及验收规范》（GB 50205-2001）； 4.现场踏勘实际情况及我公司多年来的施工经验。 二、工程概况 × × × ×学院新校区建设的新体育场项目位于× × × ×学院内。该项目主体结构土建部分已基本完工，现准备开始屋面钢结构工程施工，考虑结构柱的长细比过大，由上海蓝科建筑减震科技有限公司设计《× × × ×学院新校区体育场屈曲约束支撑深化设计图》，在结构柱上增加约束支撑。 三、工程范围及方案选择 根据施工设计图纸及结构施工情况显示，所有相关的圆柱在结构施工时已预埋节点钢板，只需对方柱上节点进行增加施工，涉及的柱共48条，具体工程量见我司的报价清单。 根据设计意图，需要在不破坏到柱的承载力并增大支撑节点强度的前提下将20厚钢板与结构相结合成整体。结合图纸及我司的施 河南林青工程技术有限公司 2
屈曲约束支撑安装（焊接）施工方案 一、工程概况 本项目，设计中采用了24根TJ耗能型屈曲约束支撑，单根支撑屈服吨位达1.5吨，提高了结构整体的抗震性能。在设置屈曲约束支撑位置处预留有钢连接节点，连接节点与屈曲约束支撑现场焊接连接。 二、编制依据 《钢结构设计规范》GB50017-2003 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-91 《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001 《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002 《TJ屈曲约束支撑应用技术规程》DBJ/CT105-2011 三、施工顺序 埋板安装：测量放线—→节点板和屈曲约束支撑运输—→大节点板安装—→小节点板安装—→屈曲约束支撑吊装—→屈曲约束支撑安装—→防锈漆涂刷—→验收。 工程测量 根据总平面布置图确定屈曲约束支撑各层分布位置。 根据图纸测放节点板位置线。 埋板安装工作结束后，应及时在埋板上确定节点板焊接位置，将节点板平面位置用激光水平仪投测到柱上，并作好红漆标记，经工程监理验收后，作为安装节点板引测的依据。 仪器应严格对中、定平，并由专职测量员测量。定位放线应严格控制建筑物几何尺寸，定位后需经工程监理，公司质检部门复核验收后再进入下道工序。 四、屈曲约束支撑安装前的准备工作 （一）垂直运输 本工程为加固改造工程，电梯及塔吊都无法使用，垂直运输方案是在房屋外侧，用汽车吊，将屈曲约束支撑和节点板等大型材料垂直向上运输。 屈曲约束支撑及钢结构场外用货车运输至施工现场后，运输车辆直接将材料运至楼旁，然后直接采用汽车吊进行卸货。 （二）水平运输 各种大型材料运输到对应楼层后用手推车或人力运至相应的位置。运输过程中注意选择
河南科技3上 支撑是一种最为经济的抗侧力构件，它既能提高结构的刚度和承载力，又不影响建筑采光以及内部空间的分割，且施工方便。传统的带支撑框架有中心支撑框架CBF （Concentrically Braced Fra me ）和偏心支撑框架EBF （Eccentrically Braced Frame ）。中震和强震时，CBF 中的支撑会受压屈曲和受拉屈服，而屈曲会使受压承载力降低，从而限制了支撑作为抗侧力构件的耗能能力，因而大多数抗震规范都对中心支撑的抗震承载力进行调低。EBF 通过偏心梁段的屈服，限制支撑的屈曲，可使结构具有较好的耗能性能。但是由于偏心梁段屈服，地震后结构修复较为困难，且支撑的刚度得不到完全发挥。 由于普通支撑受压屈曲不利于能量耗散，传统的中心支撑（钢支撑）在中震和强震时，支撑会受压屈曲，从而限制了支撑作为抗侧力构件的耗能能力，且地震后结构修复困难。因此相对于传统CBF 提出了一种新的可以避免支撑屈曲的体系，称为屈曲约束支撑钢框架BRBF （Buckling Restrained Braced Fr ame ），屈曲约束支撑（Buckling Restrained Brace ）由芯材、外套筒以及套筒内无黏结材料组成。 一、国内外研究情况 1.国外研究情况。Yoshino 是研究屈曲约束支撑的先驱，他对称为“支撑剪力墙”的结构进行了反复荷载试验研究。Wakabayashi 将钢板支撑夹在一对预制钢筋混凝土板之间，进行了拉伸、压缩、子系统以及两层框架系统的试验。在Wakabayashi 研究的基础上，日本在20世纪80和90年代对芯材加钢管的屈曲约束支撑进行了多次研究。Iw ata 于2000年对4种在日本商业应用的约束屈曲支撑进行了研究。1999年Clark 在加州大学伯克利分校进行了3个大比例约束屈曲支撑的试验，为美国第一座使用屈曲约束支撑的建筑的结构设计和施工提供技术支持。2002年在伯克利加州大学完成了屈曲约束支撑框架的反复荷载试验并取得成功，验证了结构稳定理论，测试了在罕遇地震下的非弹性变形能力，标定了滞回模型。Black 等还进行了整体屈曲时的稳定分析、芯材在高阶模态下的屈曲行为和塑性扭转屈曲问题的研究。Higgins 和New ell 研究了一种用圆钢管充填无黏结材料级配砾石作为屈曲约束机构的约束屈曲支撑。2003—2004年，在圣迭戈加州大学，利用SRM D （结构减震设施）大型试验系统完成了足尺寸屈曲约束支撑构件的拟动力加载试验。SEAOC （美国加州结构工程师学会）与AIS C （美国钢结构学会）联合委员会于2001年制定了《屈曲约束支撑推荐规定》，并于2005年1月将这些规定写入了最新的《钢结构建筑抗震规定》。 2.国内研究情况。台湾的陈正诚对用低屈服点钢材（f y =100MPa ）制成的屈曲约束支撑恢复力特性进行了研究。台湾的蔡克铨等研究了无黏结材料对屈曲约束支撑滞回反应的影响。清华大学的郭彦林教授对屈曲约束支撑进行了有限元分析和整 体稳定性能研究，并分析了约束比、内核板件宽度比、初始缺陷、间隙等参数对支撑性能的影响，同时也简单地给出了初步简化设计方法。同济大学的邓长根教授对屈曲约束支撑的稳定问题做了一定的研究，并提出了一种新型屈曲约束支撑，即压力只由内核钢支撑承担，内核受力构件与侧撑构件之间不填充混凝土而是保留有一定的间隙，外钢管在端部收缩，使两者在端部间隙很小，同时设置一定厚度的挡板并与内钢管焊接，用来限制外钢管的滑移的支撑形式，并对这种新型屈曲约束支撑的稳定问题作了相应的研究。 同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室研制的TJ 型屈曲约束支撑是国内首次实现全面国产化的屈曲约束支撑，且已经产品化。其支撑性能与国外同类型产品相当，而价格仅为国外产品的1/4，且缩短了供货周期。TJ 型屈曲约束支撑滞回性能优越，并开发了产品设计手册，为设计人员进行屈曲约束支撑设计提供了方便。 二、屈曲约束支撑的特点 屈曲约束支撑作为一种新型的耗能支撑，解决了普通钢支撑的失稳破坏的问题，使钢结构支撑在受拉和受压时的性能一致，从而大大提高了钢材的利用率。由于屈曲耗能支撑本身没有受压稳定的问题，与相同条件下的普通支撑相比，其截面可大大减小，能够改善结构整体抗震性能。抗震性能是地震区建筑结构设计过程中的一项重要指标，合理的抗震耗能体系不仅可以降低结构的造价，其更大的作用体现在遭受地震时保护结构主体不受破坏与结构使用者的生命不受到威胁。作为抗震耗能性能优越的代表产品之一，屈曲约束支撑在国内外工程中的应用正在逐渐推广。 对于采用了屈曲约束支撑的结构而言，屈曲约束支撑成为了结构的耗能元件，起到结构“保险丝”的作用。屈曲约束耗能支撑结构延性性能好，耗能能力强，在强烈地震作用下，由于屈曲约束支撑消耗了大量地震能量，主体结构将不会破坏，从而保护建筑物内人员安全和财产安全。同时，由于屈曲耗能支撑便于拆卸维修，从而能够实现结构整体大震易修的目的。 屈曲约束耗能支撑技术的应用，不仅提高了结构整体的抗震性能，特别是提高结构在大震作用下性能，同时由于能够消耗地震能量，因此能够减轻主体结构所受的地震作用，减小主体结构的材料用量，因此具有很好的经济效益。 1.承载力高。由于芯材不受长细比控制，抗震设计中，屈曲约束支撑的轴向承载力设计值为：N b =A f ，因此可以大大提高钢材的利用效率，节省钢材的用量，从而能够带来显著的经济效益，节省投资。统计数据表明，采用屈曲约束支撑结构体系与普通支撑结构体系相比，能够节省％～3％的钢材。同时另一方面也将带来节能环保和减少污染的社会效益。 郑州交通建设投资有限公司 时松 建筑工程 ARCHITECT URAL ENGINEERING 屈曲约束支撑在工程中的应用 6 2011.2007