屈曲约束支撑(UBB)的中心钢材用钢管内填混凝土来约束,使得中心钢材不易产生屈曲变形,能够稳定地产生塑性变形的支撑轴。
中心钢材和混凝土之间部分使用了特殊的无粘结材料,钢管和混凝土不承受任何轴力。这样的组合构造,使得中心钢材的拉伸和压缩都拥有同性状的稳定的特性。
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。
保护主体结构
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。
减小相邻构件受力
当支撑为人字形或V字型布置时,由于普通支撑受压屈曲,受拉与受压承载力差异可能很大,而普通支撑的截面由受压承载力控制,但支撑受拉时其内力最大可达到受拉承载力,故与支撑相邻构件的内力由支撑受拉承载力控制。如采用屈曲约束支撑,支撑受拉与受压承载力差异很小,可大大减小与支撑相邻构件的内力(包括基础),减小构件截面尺寸,降低结构造价。
验收标准
对于防屈曲支撑产品的验收标准,仅在我国的2010版《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)和《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2010)送审稿中有所提及,但标准仍然较低:
1、[GB 50011-2010]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、[GB 50011-2010]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。
3)屈曲约束支撑试件及组件的制作应反映设计实际情况,包括材料、尺寸、截面构成及支撑端部连接等情况。
4)应按照相关的国家标准,对屈曲约束支撑核心钢支撑的每一批钢材进行材性试验。
5)当屈曲约束支撑试件的试验结果满足下列要求时,试件检验合格:
a)材性试验结果满足E.3.8 条第1 款的要求;
b)屈曲约束支撑试件的滞回曲线表现稳定、饱满,刚度稳定增长,没有刚度退化现象;
c)屈曲约束支撑没有出现断裂和连接部位破坏现象;
d)屈曲约束支撑试件每一加载循环核心单元屈服后的最大拉、压承载力均不低于屈服荷载,且最大压力和最大拉力之比不大于1.3。
针对于传统减震设计的规范已在评审中,未发布,为《建筑减震消能规范》送审稿,其中对于产品的检测标准为:
常规性能 | 序号 | 项目 | 性能要求 |
1 | 屈服荷载 | 在设计值的±15%以内;在设计值的±10%以内。 | |
2 | 屈服位移 | 在设计值的±15%以内;屈服位移设计值的±10%以内。 | |
3 | 屈服后刚度 | 在设计值的±15%以内;在设计值的±10%以内 | |
4 | 极限荷载 | 在设计值的±15%以内;在设计值的±10%以内。 | |
5 | 极限位移 | 每个实测产品极限位移值不应小于设计极限位移值。 | |
6 | 滞回曲线面积 | 任一循环中滞回曲线包络面积实测值偏差应在产品设计值的±15%以内;实测值偏差的平均值应在产品设计值的±10%以内。 | |
疲劳性能 | 1 | 阻尼力 | 实测产品在罕遇地震作用时的设计位移下连续加载30圈,任一个循环的最大、最小阻尼力应在所有循环的最大、最小阻尼力平均值的±15%以内。 |
2 | 滞回曲线 | 1) 实测产品在罕遇地震作用时的设计位移下连续加载30 圈,任一个循环中位移为零时的最大、最小阻尼力应在所有循环中位移为零时的最大、最小阻尼力平均值的±15%以内。 2) 实测产品在罕遇地震作用时的设计位移下,任一个循环中阻尼力为零时的最大、最小位移应在所有循环中阻尼力为零时的最大、最小位移平均值的±15%以内。 | |
3 | 滞回曲线面积 | 实测产品在罕遇地震作用时的设计位移下连续加载30圈,任一个循环的滞回曲线面积应在所有循环的滞回曲线面积平均值的±15%以内。 |
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