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1、第4 0 卷增W自#$ c O N S T R U C T I O NT E C H N O L O c Y防屈曲支撑在建筑结构抗震加固中的研究郏云，惠云玲，陈煊十# * 目* o 日| 匕 l O C 0 9 8十目H # T U 3 7 54【女t 标m 日】A 女章镕 L 0 0 2 斟9 8 ( 2 0 1 S I 舢14 J 2R e s e a r c ho nB u c k l i n g - r e s t r a i n e dB r a c eU s e di nS t r e n g t h e n i n go fF r a m eS t r u c t u r eZ
2、h e n gY u n + H u iY u n l i n g ，C h e r tX u a n C h i w , Y p c hk f n o f B t n l d t n g fo f mC o ，“M G r o u p ，* W1 0 0 0 8 8 ，“ M钢筋混凝土框架结构体系是土木建筑工程中应州堆为广泛的房屋结构体系之一，但与钢筋混凝土势力堵或框架一剪力墙结构相比，钢筋混凝十框架结构的刚度较小，枉强震作用下结构位移_ ： = ，容易发生较大的弹塑性变形导致建筑物得破坏。锕蔚碾凝上框架结构传统常用的加固方法有加太粱柱截面、粘贴碳纤维或者改变结构体系为框架一剪力墙结构体系等
3、。建衅传统的加同方法有混作业多、施I ：复杂、有时尚需加强基础或新增加基础、施T 周期长、干扰用户等缺点。本文介绀的防删曲支撑加周 法所使用的连接支撑可预先制作、现场安装，因而施_ 方便简单瑚。周期短H 不改变原有建筑的风貌，同时减振效果显著、应用范围l 、造价低。防屈曲支撑加固方珐宴质上是一种消能碱振加崮方法，其通过耗散地震能量来保护主体结构的安全，开辟了抗震加同的新途径，是一种具有广泛应用前景的新技术。目前国内防屈曲支撑这种消能减振加同结构的应用较少，需要对其进行进一步的研究。1 防屈曲支撑基本原理防埘曲支撑是一种良好的牦能碱振构仲丰要由内棱牦能单元( 可肼服钢材) 、外同约求巾元( 钢铸
4、、混凝土等) 和尤黏结材料组成( 见图1 ) 。其工作原理为支撑结构在地震作用下所承受的轴向力作用争部巾支撑巾心的内核单元承受，谈内横单元存轴向_ _ _ _ 力和压力作川下翘服耗材，I n J 外荆锕恃和套特山的内筑抛凝L 或砂浆提 给芯榭弯曲限制+ 避免内核- n 冗受压时川曲，山1 ： 自橙效膻，内桉单元受爪情况下台膨胀，闪此1 _ l t 内梭单元和混凝土( 或砂荥) 之川设秆层 辅结材料或非常狭小的审7 i 层，从I n J t 】j “减小吱消除内桉单儿受轴力埘传给雠凝J 或砂浆的山这种防J _ _ ；蚰：j2 0 1 1 4 。7 2 m 3 m n m n & n m 孙d l
5、H 帆n m t 0 0 0 5 8o U * ：1 0 1 f ) ) 8 2 2 2 7 8 3 3E l M 目1 8 8 I 1 0 5 1 6 3 2 I3 9t H l支撑在风荷载盐小雀作用下可“作为抗侧力构件，而在中震和大震作用下由于具有良好的耗能能力，可以作为耗能构件。防屈曲支撑别f 普通支撵最 的优点是解决r 支撑杆件的受J E 捌曲阿百，使得棱心单元上论受雎还是受拉都能达到全截面屈服，圈“b ) 为普通支撑与舫屈曲直掸的轴向变形辩州曲线对比，由于防屈曲直撑在地震时具有盘矗r 的耗能能力和延性，且克服了传统支撑受压屈曲的缺点1 q 内外学者认 识到它将是一种非常具有应用前景帕
6、耗能减振构件，崩此进行了反复的试验与研究，并取得r 一定的成果。 鳓篡弗目1 E i 撑& 42 防屈曲支撑抗震加固的设计方法利用防屈曲支撑对建筑物抗震加间计算主要有二方面内容：x C J j o 同结构进行动力分析， l 算出结构的n 撤周期，并进行帅同前结构地震反应分析包括多遇地震作I f l l t 算和罕遇地裢作用t | 算，选择合适旧防埔曲耗能支撑的类布口位R ，对加后的鲇构进行地震反府分析，验葬在安装防删曲耗能主掉之后的结构足吾满足规范要求，a J H 秉，H 能量分析西藏进行，采柑能啭分析法对结构膻川防艄曲直撑进行批雀加刚的潍计步骤：0 j 根据建筑物抗谣鉴定的结果和该建筑的币露
7、忭杯m 等哪索，确定加固结构的E l h 、。撒扑 朦结构的绗柯特性和场地条件，l I 算地矬输人总能时选川台皿的胁M 曲耗能盘摊，行I I 掉竹十防埘曲牦能点撑n ：预期忡移F 所耗澈的能 t 根据能施工技术2 0 1 1 增刊量分析方法，可近似地认为地震能量全部由防屈曲耗能支撑吸收或耗散，确定防屈曲耗能支撑总数n 。根据防屈曲耗能支撑的布置原则，初步确定防屈曲耗能支撑的安放位置，形成防屈曲耗能支撑加固体系。采用时程分析法或振型分解反应谱法验算该体系在地震作用下的反应，判断是否满足结构的目标要求。若满足要求，则进行下一步，否则，返回第或步。防屈曲耗能支撑刚度、强度计算及其与原结构的构造连接。
8、3 防屈曲支撑杆件的计算防屈曲支撑的整体失稳表现为构件整体在抗弯刚度较小的平面内发生整体弯曲屈曲而丧失稳定，可以采用欧拉理论对防屈曲支撑进行整体稳定的分析。分别对核心单元和屈曲约束单元建立平衡方程，整理得： E i l i 掣+ P 警：蝴警( 1 )式中：巨，i 分别为核心单元的弹性模量和抗弯刚度；玩，厶分别为屈曲约束单元的弹性模量和抗弯刚度。对式( 1 ) 进行求解，可以得到防屈曲支撑的整体屈曲荷载： ，P 。= 忐( E ，i + ，0 )( 2 ) p 山J式中：p 为计算长度系数，为防屈曲支撑的长度。对于防屈曲支撑应保证支撑的整体屈曲荷载高于核心段全截面的屈服荷载，即支撑在整体失稳之
9、前发生核心单元的全截面能受压屈服，即 每= 志半产，一( 肚) 2A ZV7式中：一，A ；Z 分别为核心单元的全截面屈服荷载、截面积和屈服应力。式( 3 ) 没有考虑支撑在制作、施工过程中初始缺陷的存在、应变强化等因素产生的不利影响以及间隙的影响。W a n t a n a b e 对几个防屈曲支撑进行试验，试验结果表明P 。F , 1 5 可避免支撑屈曲。通过对多种防屈曲支撑进行有限元分析，本文建议采用P j F ，1 8 ，此时防屈曲支撑能在较大初始缺陷下仍具有稳定的性能。4 需进一步研究的问题防屈曲支撑抗震性能好，构造简单，施工方便，滞回耗能能力优良，用于建筑物的抗震加固改造，已经在日
10、本、美国等国取得了一定的应用。我国是一个多地震国家，7 0 以上的大中城市位于抗震设防区，因此，加强实用新型的防屈曲支撑的研制与应用就显得格外迫切。防屈曲支撑用于建筑结构的抗震加固是经济、有效、实用的方法，可取得显著的经济和社会效益。但其在实用中也存在一些问题，如连接节点板容易破坏、支撑易发生局部屈曲，另外防屈曲支撑的大部分技术都属于私人专利不对外公开，这虽然保护了知识产权，但也限制了该项技术的发展和推广应用。目前国内具有自主知识产权的防屈曲支撑还较少，其应用工程也不多，所以应加强新型防屈曲支撑的开发和性能研究。为促进防屈曲支撑技术在我国抗震加固事业中的应用与发展，需要进一步研究和解决如下问题
11、。1 ) 采用低屈服点钢材作为内核单元的研究。目前研究主要采用的是普通低碳钢Q 2 3 5 作为内核单元钢材，但低屈服点钢材的力学特点是屈服强度低且相对稳定，屈强比较小，具有良好的抗低周疲劳性能，伸长率大，塑性变形能力较强，在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹握性滞回变形过程中能吸收大量的能鼍，从而减小结构在地震下反应。因此，有必要加强对采用低屈服点钢材作为内核单元的防屈曲支撑的专门研究。2 ) 对现有的防屈曲支撑进行改进，研究开发具有自主知识产权的实用新型防屈曲支撑，并对其性能进行系统的研究。编制防屈曲支撑的产品标准，完善各种性能指标要求，以加快防屈曲支撑国有产业化的进程。3 ) 支撑
12、端部连接构造的研究。已有试验表明，防屈曲支撑的失效模式多源于支撑两端的局部失稳或连接部位的失效，这使得防屈曲支撑的实际工作性能与设计预期大相径庭。因而，应在尽可能实现防屈曲支撑预期受力性能的基础上设计出合理的节点连接构造。4 ) 对框架结构应用防屈曲支撑抗震加固的结构抗震性能研究。在综合对防屈曲支撑滞回性能试验研究及理论分析的基础上，提出可为结构整体分析所用的防屈曲支撑的滞回模型。并且结合数值分析模拟及拟静力或振动台试验，全面深入地研究防屈曲支撑- 框架结构的整体抗震性能。5 ) 积极开展结构加固时防屈曲支撑的安装、施工、检测、验收及维修等方面的研究，并尽快编制无屈曲支撑加固框架结构的相关设计
13、规范或规程，修订相关的技术标准和工法，以规范和促进防屈曲支撑在结构加固中的应用。参考文献： 1 周云耗能减震加固技术与设计方法 M 北京：科学出版社，2 0 0 6 2 B l a c kJ ，M a k r i sN ，A i k e nD C o m p o n e n tt e l 晌唱，s e i s m i ce v a l u a -t i ma n dc h a r a c t e r i z a t i o no f b u c k l i n g r e s t r a i n e db r a c e s E J J o u r -I a lo fS t r u c t u
14、 r a lE n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 ，1 3 0 ( 6 ) ：8 8 0 - 8 9 4 3 1W a t e n a b eA ，H i t o m iY ，S a e k iE ，e ta 1 P r 叩嘶o f b r a c eo n e a -嘲i nb u c k l i n g 一曲m i I I i gc o n c r e t ea n ds t e e lt u b e C P r o c 0 fn i n t hw o r l dc o n f e m n c eo l ld I 汕c n m k e 髓培m e e r T o k y o ，1 9 9 8
