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屈曲约束耗能支撑加固

现代的建筑结构都要考虑结构的抗震,尤其是建于地震区的建筑,此外结构的设计还需要考虑抗风性能。钢结构由于良好的材料性能,被广泛用于许多土木工程中。随着经济的发展和城市化进程的加快,高层建筑物的数量在不断地增加,而其中又以钢结构和钢与混凝土组合结构增加的比例最大。现有钢结构系统大多采用抗弯钢框架体系、支撑框架结构以及双重结构体系,而其中以抗弯框架体系最为常用。但是对于抗弯框架体系的高层建筑而言,由于建筑的高度增加而使其结构相对变柔,结构的变形往往超过规范规定的侧移限值,因此结构就需要提高整体的刚度。另外,在大地震的作用下,结构会产生过大的非线性变形,往往造成震后结构修复困难或者修复成本过高,因而不符合经济要求。支撑框架结构具有较好的经济性,但是由于传统的支撑钢结构体系在支撑受压时会产生屈曲,故往往需要加大支撑的断面以符合设计需求,从而又降低了其经济性,即便如此,仍然不能保证在强震动下避免屈曲的发生。有鉴于此,国外一些研究者开发出一种受压时没有屈曲发生的构件,称为屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Braces,简写BRB)或者无屈曲消能支撑,把它们作为阻尼器使用在高层建筑结构中。目前,无屈曲消能支撑已在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛应用,但在国内尚未发现有关研究资料。
普通的支撑在承受轴向压力达到一定极限的时候就会发生屈曲现象,当屈曲发生后,支撑就失去了承载能力。屈曲约束支撑能够在承受轴向压力时不发生屈曲,而是与受拉一样发生屈服,从而能够大量吸收输入整个体系的能量,因此可以用作为一个阻尼装置。
根据在日本的调查研究, 无屈曲支撑在钢结构,特别是超高层钢结构(根据日本建筑法的要求: 建筑高度大于60米的为高层建筑)中得到了广泛的应用. 日本建筑法要求对于高度超过60米的高层建筑的设计都要通过专家的审查(peer review), 因此, 日本保留了很完整的高层建筑设计的资料. 由于日本建筑法的特殊要求, 屈曲约束支撑在日本是作为阻尼器来使用的, 这是其区别于美国的一个重要之处. 为了有效的控制结构的侧移, 日本的高层建筑结构都使用了各种各样的阻尼器来分担部分的水平荷载. 根据统计分析, 1995年到1999年的5年屈曲约束支撑所占的比例达到45%, 在1996年它高达60%. 另外根据统计,2000年日本高层钢结构中三种主要的滞回型阻尼器的比例. 屈曲约束支撑在该年度占有的比例为46%.
这些资料都说明, 屈曲约束支撑在高层建筑钢结构中得到了相当广泛的应用.
美国在1994年Northridge地震以后, 对于屈曲约束支撑的钢结构体系也进行了研究, 并且在一些新的钢结构中进行了应用. 同时, 美国对屈曲约束支撑钢结构体系制订了相应的设计规定(1999). 2000年建成了美国第一栋使用屈曲约束支撑做为抗侧力构件的建筑. 到目前为止, 已经建成或正在建造的使用屈曲约束支撑的结构达30余栋. 鉴于屈曲约束支撑钢结构在美国的快速发展, 最新修订的<钢结构建筑抗震设计规程>2005版的征求意见稿已经在美国公布. 它区别与2002版的最大不同就是新版中单独增加了一章关于屈曲约束支撑钢结构设计的内容. 新版对于屈曲约束支撑的设计,计算,实验方法以及连接的作法等等均做了较详细的要求. 加拿大早在1999年就有了将屈曲约束支撑用于一栋四层楼房加固的应用介绍.  台湾在屈曲约束支撑的研究和使用方面也取得了很多成果. 台湾大学蔡克铨教授提出了一种双钢管双T型板的支撑, 它简化了支撑与结构连接部位的设计和施工. 并且已经大量的投入使用.
屈曲约束支撑不仅可以用于新建结构, 而且还可以用于已有结构的抗震加固和改造. 1995年日本神户地震以后, 多个建筑的抗震加固选用的就是屈曲约束支撑. 1999年台湾集集地震以后, 正在建设中的台中县政府大楼就进行了重新的抗震验算, 最后采取给结构中增加屈曲约束支撑来提高结构的抗震等级. 屈曲约束支撑对已有结构的抗震加固并不仅仅局限于钢结构体系, 对于混凝土结构加固中使用屈曲约束支撑的文章报告也很多.
屈曲约束支撑框架的设计计算远比其他类型的支撑框架设计(中心支撑框架(CBF)和偏心支撑框架(EBF))简单. 设计人员不需要考虑支撑的屈曲等问题, 只需要根据自己的设计意图布置好屈曲约束支撑,根据需要分配屈曲约束支撑需要承担的轴力荷载的大小. 屈曲约束支撑在制造时可以根据设计的需要来调整并且满足设计的要求.当然, 目前我国并没有相应的屈曲约束支撑框架设计的规范或规定, 也急需研究单位展开此方向的研究, 使这一有广阔前景的结构体系早日在我国投入使用.
来源:本站   编辑:普通管理员
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