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    屈曲約束耗能支撐加固

    現代的建筑結構都要考慮結構的抗震,尤其是建于地震區的建筑,此外結構的設計還需要考慮抗風性能。鋼結構由于良好的材料性能,被廣泛用于許多土木工程中。隨著經濟的發展和城市化進程的加快,高層建筑物的數量在不斷地增加,而其中又以鋼結構和鋼與混凝土組合結構增加的比例最大。現有鋼結構系統大多采用抗彎鋼框架體系、支撐框架結構以及雙重結構體系,而其中以抗彎框架體系最為常用。但是對于抗彎框架體系的高層建筑而言,由于建筑的高度增加而使其結構相對變柔,結構的變形往往超過規范規定的側移限值,因此結構就需要提高整體的剛度。另外,在大地震的作用下,結構會產生過大的非線性變形,往往造成震后結構修復困難或者修復成本過高,因而不符合經濟要求。支撐框架結構具有較好的經濟性,但是由于傳統的支撐鋼結構體系在支撐受壓時會產生屈曲,故往往需要加大支撐的斷面以符合設計需求,從而又降低了其經濟性,即便如此,仍然不能保證在強震動下避免屈曲的發生。有鑒于此,國外一些研究者開發出一種受壓時沒有屈曲發生的構件,稱為屈曲約束支撐(Buckling-Restrained Braces,簡寫BRB)或者無屈曲消能支撐,把它們作為阻尼器使用在高層建筑結構中。目前,無屈曲消能支撐已在日本、美國、加拿大等國家得到了廣泛應用,但在國內尚未發現有關研究資料。
    普通的支撐在承受軸向壓力達到一定極限的時候就會發生屈曲現象,當屈曲發生后,支撐就失去了承載能力。屈曲約束支撐能夠在承受軸向壓力時不發生屈曲,而是與受拉一樣發生屈服,從而能夠大量吸收輸入整個體系的能量,因此可以用作為一個阻尼裝置。
    根據在日本的調查研究, 無屈曲支撐在鋼結構,特別是超高層鋼結構(根據日本建筑法的要求: 建筑高度大于60米的為高層建筑)中得到了廣泛的應用. 日本建筑法要求對于高度超過60米的高層建筑的設計都要通過專家的審查(peer review), 因此, 日本保留了很完整的高層建筑設計的資料. 由于日本建筑法的特殊要求, 屈曲約束支撐在日本是作為阻尼器來使用的, 這是其區別于美國的一個重要之處. 為了有效的控制結構的側移, 日本的高層建筑結構都使用了各種各樣的阻尼器來分擔部分的水平荷載. 根據統計分析, 1995年到1999年的5年屈曲約束支撐所占的比例達到45%, 在1996年它高達60%. 另外根據統計,2000年日本高層鋼結構中三種主要的滯回型阻尼器的比例. 屈曲約束支撐在該年度占有的比例為46%.
    這些資料都說明, 屈曲約束支撐在高層建筑鋼結構中得到了相當廣泛的應用.
    美國在1994年Northridge地震以后, 對于屈曲約束支撐的鋼結構體系也進行了研究, 并且在一些新的鋼結構中進行了應用. 同時, 美國對屈曲約束支撐鋼結構體系制訂了相應的設計規定(1999). 2000年建成了美國第一棟使用屈曲約束支撐做為抗側力構件的建筑. 到目前為止, 已經建成或正在建造的使用屈曲約束支撐的結構達30余棟. 鑒于屈曲約束支撐鋼結構在美國的快速發展, 最新修訂的<鋼結構建筑抗震設計規程>2005版的征求意見稿已經在美國公布. 它區別與2002版的最大不同就是新版中單獨增加了一章關于屈曲約束支撐鋼結構設計的內容. 新版對于屈曲約束支撐的設計,計算,實驗方法以及連接的作法等等均做了較詳細的要求. 加拿大早在1999年就有了將屈曲約束支撐用于一棟四層樓房加固的應用介紹.  臺灣在屈曲約束支撐的研究和使用方面也取得了很多成果. 臺灣大學蔡克銓教授提出了一種雙鋼管雙T型板的支撐, 它簡化了支撐與結構連接部位的設計和施工. 并且已經大量的投入使用.
    屈曲約束支撐不僅可以用于新建結構, 而且還可以用于已有結構的抗震加固和改造. 1995年日本神戶地震以后, 多個建筑的抗震加固選用的就是屈曲約束支撐. 1999年臺灣集集地震以后, 正在建設中的臺中縣政府大樓就進行了重新的抗震驗算, 最后采取給結構中增加屈曲約束支撐來提高結構的抗震等級. 屈曲約束支撐對已有結構的抗震加固并不僅僅局限于鋼結構體系, 對于混凝土結構加固中使用屈曲約束支撐的文章報告也很多.
    屈曲約束支撐框架的設計計算遠比其他類型的支撐框架設計(中心支撐框架(CBF)和偏心支撐框架(EBF))簡單. 設計人員不需要考慮支撐的屈曲等問題, 只需要根據自己的設計意圖布置好屈曲約束支撐,根據需要分配屈曲約束支撐需要承擔的軸力荷載的大小. 屈曲約束支撐在制造時可以根據設計的需要來調整并且滿足設計的要求.當然, 目前我國并沒有相應的屈曲約束支撐框架設計的規范或規定, 也急需研究單位展開此方向的研究, 使這一有廣闊前景的結構體系早日在我國投入使用.
    來源:本站   編輯:普通管理員
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