屈曲约束支撑
基本信息
- 中文名
屈曲约束支撑
- 外文名
Buckling-Restrained braced
- 别名
防屈曲支撑
基本原理
屈曲约束支撑又称防屈曲支撑或BRB(Buckling restrained brace),产品技术最早发展于1973年的日本,当时的一批日本学者成功研发了最早的墙板式防屈曲耗能支撑,并对其进行了加入不同无粘结材料的拉压试验;1994年北岭地震后,美国也开始对防屈曲支撑体系进行相应的设计研究和大比例试验,同时结合理论计算分析了该支撑体系较其他支撑体系的优点。
防屈曲支撑可为框架或排架结构提供很大的抗侧刚度和承载力(参见图1),采用支撑的结构体系在建筑结构中应用十分广泛。
普通支撑受压会产生屈曲现象,当支撑受压屈曲后,刚度和承载力急剧降低。在地震或风的作用下,支撑的内力在受压和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时,支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下滞回性能较差(参见图2)。
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,约束支撑的受压屈曲,构成屈曲约束支撑(参见图3)。
屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接,所受的荷载全部由芯板承担,外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲,使芯板在受拉和受压下均能进入屈服,因而,屈曲约束支撑的滞回性能优良(参见图4)。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷,另一方面具有金属阻尼器的耗能能力,可以在结构中充当“保险丝”,使得主体结构基本处于弹性范围内。因此,屈曲约束支撑的应用,可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能(参见表1-1)。
表1-1屈曲约束支撑框架与普通支撑框架的抗震性能比较
状态 | 传统支撑框架 | 屈曲约束支撑框架 | ||
主体结构 | 普通支撑 | 主体结构 | 屈曲约束支撑 | |
小震 | 弹性 | 弹性 | 弹性 | 弹性 |
中震 | 弹性或塑性 | 弹性或屈曲 | 弹性 | 塑性(耗能) |
大震 | 塑性 | 屈曲 | 弹性或塑性 | 塑性(耗能) |
产品优点
与普通支撑相比,屈曲约束支撑具有以下优点:
承载力与刚度分离
防屈曲支撑的最大优点是其自身的承载力与刚度的分离。普通支撑因需要考虑其自身的稳定性,使截面和支撑刚度过大,从而导致结构的刚度过大,这就间接地造成地震力过大,形成了不可避免的恶性循环。选用防屈曲支撑,即可避免此类现象,在不增加结构刚度的情况下满足结构对于承载力的要求。
承载力高
抗震设计中,普通支撑的轴向承载力设计值为:
延性与滞回性能好
屈曲约束支撑在弹性阶段工作时,就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度,可用于抵抗小震以及风荷载的作用。屈曲约束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,可用于结构抵御强烈地震作用。