屈曲約束支撐技術(shù)研究與工程應(yīng)用

薛 志 飛

(山西省政府工程建設(shè)事務(wù)管理局，山西 太原 030013)

屈曲約束支撐技術(shù)研究與工程應(yīng)用

薛 志 飛

(山西省政府工程建設(shè)事務(wù)管理局，山西 太原 030013)

介紹了屈曲約束支撐技術(shù)的工作原理，針對(duì)屈曲約束支撐的主要特點(diǎn)，分析了約束支撐需滿足的材料要求，并對(duì)其連接安裝方法、支撐試驗(yàn)及質(zhì)量驗(yàn)收方法進(jìn)行了闡述，以促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

屈曲約束支撐，材料，安裝，試驗(yàn)

1 工程概況

山西省圖書館總建筑面積 49 900 m2。結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，呈不規(guī)則L形布局，地下1層，地上4層，局部5層，層高4.8 m。山西圖書館共有屈曲約束支撐82根，其規(guī)格型號(hào)指標(biāo)如表1所示。

表1 屈曲約束支撐規(guī)格型號(hào)表

2 屈曲約束支撐工作原理

屈曲約束支撐主要由核心單元(即芯材)、約束單元(即約束芯材屈曲的套管)和滑動(dòng)機(jī)制單元(即位于芯材和套管間的無粘結(jié)材料及填充材料)三部分組成，在縱向上由核心段、過渡段和連接段三部分組成。核心段是內(nèi)核單元中部較長的一段區(qū)域，是屈曲約束支撐最主要的構(gòu)成部分，它在全長上被約束單元包裹，核心段截面形狀上主要有一字形、十字形、工字形以及空心矩形等多種形式。屈曲約束支撐(十字形)基本構(gòu)成見圖1。

屈曲約束支撐的中心是芯材，為避免芯材受壓時(shí)整體屈曲，即在受拉和受壓時(shí)都能達(dá)到屈服，芯材被置于一個(gè)鋼管套內(nèi)，然后在套管內(nèi)灌注混凝土或砂漿。為減小或消除芯材受軸力時(shí)傳給砂漿或混凝土的力，而且由于泊松效應(yīng)，芯材在受壓情況下會(huì)膨脹，因此在芯材和砂漿之間設(shè)有一層無粘結(jié)材料或非常狹小的空氣層。

3 屈曲約束支撐主要特點(diǎn)

1)小震時(shí)提供的線彈性剛度高，可以很容易地滿足規(guī)范的變形要求。兼有普通支撐(抗風(fēng)和小震條件下提供抗側(cè)剛度)和耗能構(gòu)件(中震和大震條件下提供阻尼)的雙重作用；2)由于可以受拉和受壓屈服，屈曲約束支撐消除了傳統(tǒng)中心支撐框架的支撐屈曲問題，因此在強(qiáng)震時(shí)有更強(qiáng)和更穩(wěn)定的能量耗散能力；3)屈曲約束支撐通過螺栓或鉸接到節(jié)點(diǎn)板，可以避免現(xiàn)場(chǎng)焊接及檢測(cè)，安裝方便且經(jīng)濟(jì)；4)支撐構(gòu)件既可保護(hù)其他構(gòu)件免遭破壞，并且大震后，可以方便地更換損壞的支撐；5)因?yàn)橹蔚膭偠群蛷?qiáng)度很容易調(diào)整，屈曲約束支撐設(shè)計(jì)靈活。

4 屈曲約束支撐材料要求

根據(jù)工程應(yīng)用模式的不同，屈曲約束支撐分為耗能型屈曲約束支撐、屈曲約束支撐型阻尼器以及承載型屈曲約束支撐三類。 山西省圖書館采用的屈曲約束支撐材料如表2所示。

表2 屈曲約束支撐材料表

1)成品屈曲約束支撐軸向剛度須基本符合表2中的要求，成品軸向剛度與表2中軸向剛度之間的誤差不得超過5%；2)成品屈曲約束支撐屈服承載力不得低于表2中屈服承載力要求，且不得大于表2中屈服承載力要求的1.2倍；3)成品屈曲約束支撐屈服位移須基本滿足表2中的屈服位移要求，誤差不得超過5%；4)屈曲約束支撐端部應(yīng)采用十字形連接接頭形式，且芯板厚度應(yīng)滿足表2中的要求，以滿足梁柱預(yù)留的連接板要求；5)連接方法。屈曲約束支撐構(gòu)件與鋼框架、鋼筋混凝土框架的連接可采用高強(qiáng)度螺栓連接、銷軸連接或焊接連接。

5 屈曲約束支撐連接安裝

屈曲約束支撐的安裝需在主體結(jié)構(gòu)施工完畢后進(jìn)行，與屈曲約束支撐相連的節(jié)點(diǎn)承載力應(yīng)大于屈曲約束支撐的極限承載力，以保證節(jié)點(diǎn)足以承受罕遇地震作用下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)力。屈曲約束支撐與鋼框架、鋼筋混凝土框架等主體結(jié)構(gòu)及支撐的連接可采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接或焊接連接。

1)焊接型連接，對(duì)支撐位置校正完畢后應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)焊固定，先焊接上端節(jié)點(diǎn)，后焊接下端節(jié)點(diǎn)；

2)摩擦型高強(qiáng)螺栓型連接，待屈曲約束支撐吊裝就位后，先進(jìn)行臨時(shí)固定，經(jīng)檢查確認(rèn)符合要求后安裝高強(qiáng)螺栓，其穿入方向宜一致。

6 屈曲約束支撐試驗(yàn)及質(zhì)量驗(yàn)收

為保證屈曲約束支撐具有良好的耗能能力，屈曲約束支撐應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查；應(yīng)抽檢不低于支撐總數(shù)的2%進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)(見圖2)；支撐驗(yàn)收應(yīng)滿足如下要求。

屈曲約束支撐應(yīng)按照支撐的構(gòu)造形式、約束屈服段材料分類別進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。屈曲約束支撐試件的制作應(yīng)反映設(shè)計(jì)實(shí)際情況，包括材料、尺寸、截面構(gòu)成及支撐端部連接等情況。宜采用足尺試件進(jìn)行試驗(yàn)。屈曲約束支撐試驗(yàn)應(yīng)按以下加載幅值及順序進(jìn)行：依次在1/300，1/200，1/150，1/100支撐長度的拉伸和壓縮往復(fù)各3次變形。

試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足以下要求：

1)試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)有完整、詳細(xì)的記錄報(bào)告，包括試驗(yàn)構(gòu)件的尺寸、邊界條件、荷載作用形式、連接細(xì)節(jié)、加載歷史等細(xì)節(jié)和試驗(yàn)結(jié)果。

2)根據(jù)試驗(yàn)得到的滯回曲線應(yīng)穩(wěn)定、飽滿，具有正的增量剛度，并且最后一級(jí)變形第3次循環(huán)的承載力不低于歷經(jīng)最大承載力的85%。累積塑性變形大于200倍的實(shí)測(cè)初始塑性變形Δy，見圖3。

3)試驗(yàn)過程不應(yīng)發(fā)生斷裂、支撐失穩(wěn)或支撐端部連接的破壞。

4)屈曲約束支撐受拉和受壓承載力應(yīng)較為接近，支撐最大受壓承載力與最大受拉承載力的比值不應(yīng)小于1.0，且不應(yīng)大于1.3。

[1] JG/T 209，建筑消能阻尼器[S].

[2] 胡大柱.TJ型屈曲約束支撐在豎向不規(guī)則及大跨結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009(11)：102-103.

[3] 施衛(wèi)星，汪 洋.屈曲約束支撐及其工程應(yīng)用[Z].

The technology research and engineering application of buckling restrained brace

XUE Zhi-fei

(ShanxiGovernmentEngineeringConstructionAffairsManagementBureau,Taiyuan030013,China)

This paper introduced the working principle of buckling restrained brace technology, according to the main characteristics of buckling restrained brace, analyzed the required materials of restrained brace, and elaborated its connection and installation method, brace test and quality inspection methods, to promote the popularization and application of this technology.

buckling restrained brace, material, installation, test

1009-6825(2014)35-0050-02

2014-10-18

薛志飛(1979- )，男，工程師

TU399

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