屈曲约束支撑技术研究与工程应用

薛 志 飞

(山西省政府工程建设事务管理局，山西 太原 030013)

屈曲约束支撑技术研究与工程应用

薛 志 飞

(山西省政府工程建设事务管理局，山西 太原 030013)

介绍了屈曲约束支撑技术的工作原理，针对屈曲约束支撑的主要特点，分析了约束支撑需满足的材料要求，并对其连接安装方法、支撑试验及质量验收方法进行了阐述，以促进该技术的推广应用。

屈曲约束支撑，材料，安装，试验

1 工程概况

山西省图书馆总建筑面积 49 900 m2。结构类型为框架结构，呈不规则L形布局，地下1层，地上4层，局部5层，层高4.8 m。山西图书馆共有屈曲约束支撑82根，其规格型号指标如表1所示。

表1 屈曲约束支撑规格型号表

2 屈曲约束支撑工作原理

屈曲约束支撑主要由核心单元(即芯材)、约束单元(即约束芯材屈曲的套管)和滑动机制单元(即位于芯材和套管间的无粘结材料及填充材料)三部分组成，在纵向上由核心段、过渡段和连接段三部分组成。核心段是内核单元中部较长的一段区域，是屈曲约束支撑最主要的构成部分，它在全长上被约束单元包裹，核心段截面形状上主要有一字形、十字形、工字形以及空心矩形等多种形式。屈曲约束支撑(十字形)基本构成见图1。

屈曲约束支撑的中心是芯材，为避免芯材受压时整体屈曲，即在受拉和受压时都能达到屈服，芯材被置于一个钢管套内，然后在套管内灌注混凝土或砂浆。为减小或消除芯材受轴力时传给砂浆或混凝土的力，而且由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层。

3 屈曲约束支撑主要特点

1)小震时提供的线弹性刚度高，可以很容易地满足规范的变形要求。兼有普通支撑(抗风和小震条件下提供抗侧刚度)和耗能构件(中震和大震条件下提供阻尼)的双重作用；2)由于可以受拉和受压屈服，屈曲约束支撑消除了传统中心支撑框架的支撑屈曲问题，因此在强震时有更强和更稳定的能量耗散能力；3)屈曲约束支撑通过螺栓或铰接到节点板，可以避免现场焊接及检测，安装方便且经济；4)支撑构件既可保护其他构件免遭破坏，并且大震后，可以方便地更换损坏的支撑；5)因为支撑的刚度和强度很容易调整，屈曲约束支撑设计灵活。

4 屈曲约束支撑材料要求

根据工程应用模式的不同，屈曲约束支撑分为耗能型屈曲约束支撑、屈曲约束支撑型阻尼器以及承载型屈曲约束支撑三类。 山西省图书馆采用的屈曲约束支撑材料如表2所示。

表2 屈曲约束支撑材料表

1)成品屈曲约束支撑轴向刚度须基本符合表2中的要求，成品轴向刚度与表2中轴向刚度之间的误差不得超过5%；2)成品屈曲约束支撑屈服承载力不得低于表2中屈服承载力要求，且不得大于表2中屈服承载力要求的1.2倍；3)成品屈曲约束支撑屈服位移须基本满足表2中的屈服位移要求，误差不得超过5%；4)屈曲约束支撑端部应采用十字形连接接头形式，且芯板厚度应满足表2中的要求，以满足梁柱预留的连接板要求；5)连接方法。屈曲约束支撑构件与钢框架、钢筋混凝土框架的连接可采用高强度螺栓连接、销轴连接或焊接连接。

5 屈曲约束支撑连接安装

屈曲约束支撑的安装需在主体结构施工完毕后进行，与屈曲约束支撑相连的节点承载力应大于屈曲约束支撑的极限承载力，以保证节点足以承受罕遇地震作用下可能产生的最大内力。屈曲约束支撑与钢框架、钢筋混凝土框架等主体结构及支撑的连接可采用摩擦型高强度螺栓连接或焊接连接。

1)焊接型连接，对支撑位置校正完毕后应进行点焊固定，先焊接上端节点，后焊接下端节点；

2)摩擦型高强螺栓型连接，待屈曲约束支撑吊装就位后，先进行临时固定，经检查确认符合要求后安装高强螺栓，其穿入方向宜一致。

6 屈曲约束支撑试验及质量验收

为保证屈曲约束支撑具有良好的耗能能力，屈曲约束支撑应进行质量检查；应抽检不低于支撑总数的2%进行抗震性能试验(见图2)；支撑验收应满足如下要求。

屈曲约束支撑应按照支撑的构造形式、约束屈服段材料分类别进行试验检验。屈曲约束支撑试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。宜采用足尺试件进行试验。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。

试验结果应满足以下要求：

1)试验的结果应有完整、详细的记录报告，包括试验构件的尺寸、边界条件、荷载作用形式、连接细节、加载历史等细节和试验结果。

2)根据试验得到的滞回曲线应稳定、饱满，具有正的增量刚度，并且最后一级变形第3次循环的承载力不低于历经最大承载力的85%。累积塑性变形大于200倍的实测初始塑性变形Δy，见图3。

3)试验过程不应发生断裂、支撑失稳或支撑端部连接的破坏。

4)屈曲约束支撑受拉和受压承载力应较为接近，支撑最大受压承载力与最大受拉承载力的比值不应小于1.0，且不应大于1.3。

[1] JG/T 209，建筑消能阻尼器[S].

[2] 胡大柱.TJ型屈曲约束支撑在竖向不规则及大跨结构中的应用[J].建筑结构，2009(11)：102-103.

[3] 施卫星，汪 洋.屈曲约束支撑及其工程应用[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

薛志飞(1979- )，男，工程师

TU399

A