α为支撑芯材屈服后刚度比 屈曲约束支撑的性能可靠性完全依赖于支撑构造的合理性 建议将式(20)修改为 当核心单元截面采用一字形时 无粘结构造层是屈曲约束机制形成的关键 对于全钢型屈曲约束支撑 特别是在屈曲约束支撑端部 当约束单元采用钢管混凝土时 cm 前产生整体失稳 因此应根据该段的截面面积来计算轴向受拉和受压屈服承载力N t 取截面直径 钢管壁厚或钢筋混凝土的配箍率不应小于按式(E.2.8-1) 约束单元为钢管混凝土时 为混凝土轴心抗压强度标准值 f 橡胶层 为修正后的屈曲约束支撑失稳承载力 以防止核心单元受压膨胀后与约束单元发生接触 无粘结构造层与约束单元 )与约束单元对截面形心的惯性矩(mm 双T形 Y等人的试验研究表明 cmax 50017-2003)和(B1 ——箍筋的保护层厚度(mm) Yabe 此时当采用钢管混凝土作为约束单元时 并且在实际工程应用时按照本规程第E.2.3条的规定进行抽样检验 ＝E ——屈曲约束支撑的屈曲荷载(N) w为钢材应变强化调整系数 连接段与结构之间通常采用螺栓连接 50010计算 α 式中 核心单元宜优先采用低屈服点钢材 核心单元在轴压力作用下的侧向膨胀会对约束单元产生挤压作用(图15) cm 钢材经过多次拉压屈服以后会发生应变强化 式中 ) ——箍筋的抗拉强度设计值(N／mm 主要是为了避免在支撑受压时端部斜面楔入外包混凝土中 应力会超过屈服强度 设屈曲约束支撑的初始缺陷为正弦函数 可通过增加构件的截面宽度或者焊接加劲肋的方式来实现 ) b ＝(0.22＋3.75α 核心单元膨胀容易使外包混凝土开裂 c c ／E 为方便设计 s ysc E 2 f 如式(19)所示 ) 为了确保结构中屈曲约束支撑首先屈服 t 3 而且其对设计和制作缺陷十分敏感 式中 A w＝1.5 根据试验结果和有限元分析结果 屈曲约束支撑的受压承载力大于受拉承载力 a——屈曲约束支撑的初始变形(m) 且应具有稳定的屈服强度值 s 0≤K≤1 ) 其屈强比不应大于0.8 为 w f 极限承载力用于屈曲约束支撑的节点及连接设计 ／(bh 有较好的低周疲劳性能 为钢筋与混凝土模量比 由于约束单元对核心单元的约束作用和钢材的强化 ③对环形截面径厚比不宜超过22 为便于现场安装 ) 为名义值 取L 图12 钢管或全钢构件的截面惯性矩(mm 4 Black等认为K＝1 取值建议L ／N 表E.2.4 连接段 E.2.4 b β为受压承载力调整系数 其宽厚比或径厚比(外径与壁厚的比值)应满足下列要求 材性试验实测值不应超出表中数值15％ 图E.2.9 屈曲约束支撑一般由三个部分组成 也可采用焊接 可按表E.2.3采用 α——核心单元钢材屈服后刚度比 ＝E cmax 一般情况下先估计一个支撑吨位 0 K为约束单元抗弯刚度的折减系数 钢筋 得到 s ρ 大于核心钢支撑的屈服承载力N 为箍筋屈服强度 箍筋可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB E.2.9 s B 应满足下列公式要求 屈曲约束支撑的轴向承载力由工作段控制 cmax 可按表E.2.4采用 E.2.2 为截面有效高度 E 为钢筋混凝土截面的短期刚度 N——屈曲约束支撑轴力设计值(N) ) ＝1.95 常见的截面形式为十字形 E.2 E 1 一般采用延性较好的低屈服点钢材或Q235钢 因此有 应变强化调整系数w是钢材应力因应变强化可能达到的最大值与实际屈服强度的比值 y 式中 连接段的设计应考虑安装公差 ysc 从而对支撑承载力与耗能能力产生不利影响 α 一字形或管形 E.2.8 连接段是屈曲约束支撑与主体结构连接的部分 但核心单元内部不能存在对接焊缝 ysc 1 N c ——混凝土抗压强度标准值(N／mm I 为单边纵向钢筋配筋率 过渡段与加强段不伸入混凝土内部 式中 作为抗弯设计的控制荷载 工作段也称为约束屈服段 u ysc 为确保连接段处于弹性阶段 当无粘结层较厚时 屈曲约束支撑的设计尚应满足以下要求 E.2.5 目的在于减少或消除核心单元与约束单元之间的摩擦剪力 E.2.5 作用下的平衡方程为 核心单元是屈曲约束支撑中主要的受力元件 2 是耗能机制形成的关键 ——分别为约束单元的弹性模量(N／mm 对钢材的性能应有一定的要求 E.2.1 c 但截面的转换应尽量平缓以避免应力集中 H形或环形 钢管或全钢构件的弹性模量(N／mm 厚度为0.15mm～3.5mm 故计算可以简化 ck 50010-2010)两者中较大值 0 通常取2％～5％ 3-间隙 ) N 依据边缘屈服准则按现行国家标准《钢结构设计规范》GB ／(bh 式(E.2.8-2)或式(E.2.8-3)确定值的2倍 I 根据分析结果 2 ) B2)max／30(《混凝土结构设计规范》GB 2-连接段 约束单元抗弯刚度的降低 2 对于工字形钢和十字形钢 α 2-连接加强段 ysc s ①对一字形板截面宽厚比取10～20 伸入混凝土部分的过渡段与约束单元之间应预留间隙 FEMA450规定β≤1.3 s 根据Iwata ＝A 式中 c E 核心单元钢材的超强系数η 当采用钢管混凝土或钢筋混凝土作为约束单元时 通常无粘结材料的弹性模量远小于钢和混凝土材料 聚乙烯 I 当采用钢筋混凝土时 ——钢筋与混凝土模量比 ——分别为约束单元所使用的混凝土 50017计算 cm 可得支撑中部钢管的壁厚t ——分别为约束单元所使用的混凝土 tmax 屈曲约束支撑的构成 ymax 核心单元由工作段 ——分别为核心单元的弹性模量(N／mm 所以预留的间隙值应考虑罕遇地震下核心单元的最大压缩变形 保证外围约束单元不承担或极少承担轴向力 取K＝1 式中 应满足下式 第1部分 式中 如0.15mm～0.2mm聚乙烯薄膜 其性能须经过严格的试验验证 在应变强化系数中将这一因素一并考虑 的条件 约束单元的钢管壁厚应满足下式要求 ／500和b／30两者中的较大值 屈曲约束支撑构件 核心单元的截面可设计成一字形 用于静力荷载 E 当采用钢筋混凝土时 r S 当约束单元采用全钢材料时 s ——核心单元钢材的超强系数 T形 外包钢筋混凝土型屈曲约束支撑与全钢型屈曲约束支撑 E.2 可直接按抗弯要求确定钢管壁厚 并应考虑约束混凝土部分开裂的刚度折减 h——钢筋混凝土截面边长(mm) I 2 式中 sv 所以不考虑混凝土的抗拉强度 采用钢筋混凝土作为约束单元时 膨胀力比中部大 1-工作段 M和TremblayR的试验结果 当约束单元采用钢筋混凝土时 式中 2 cmax 难以通过一般性的设计要求来保证 屈曲约束支撑的承载力应满足下式要求 屈曲约束支撑的常用截面如图12所示 为钢管的屈服强度 约束单元的钢管壁厚或钢筋混凝土的体积配箍率应符合下列规定 2 室温试验方法》GB／T 另外 屈曲约束支撑可根据使用需求采用外包钢管混凝土型屈曲约束支撑 当作为金属屈服型阻尼器设计时 因此支撑端部应采取一定的加强措施 2 图14 ) E ——屈曲约束支撑的极限承载力(N) ysc 当约束单元采用全钢构件时 钢材的屈强比不应大于0.8 截面积相同 y 可选择低屈服点特种钢材 E b为钢筋混凝土约束单元的截面宽度(mm) 屈曲约束支撑的失稳承载力为核心钢支撑与约束单元失稳承载力的线性组合 式中 必须由专业厂家作为产品来供货 s ymax 通常使用的无粘结材料有 核心单元与约束单元之间还应留足间隙 ——钢筋混凝土单侧纵向钢筋配筋率 ⑤核心单元钢板厚度宜为10mm～80mm 1 4 建议采用“硅树脂＋环氧树脂”做无粘结材料 N 设计中宜采用实际屈服强度来验算 f——钢管钢材的抗拉强度设计值(N／mm 1.5mm丁基橡胶 yv 极限承载力越高 3 s E.2.4 当支撑芯材屈服后 由式(23) 2 往往大于N 并用聚苯乙烯泡沫或海绵橡胶材料填充(图E.2.9a) E.2.1 E 并宜采用无粘结材料隔离 Wakabayashi等研究了各种无粘结材料对屈曲约束支撑性能的影响 过渡段是约束屈服段的延伸部分 v为轴向荷载产生的挠度 设计承载力是屈曲约束支撑的弹性承载力 1 其约束单元只有全钢构件 ——钢管壁厚(mm) 通常取0.02～0.05 E.2.7 cmax 乳胶等 在外包约束段端部与支撑加强段端部斜面之间应预留间隙(图E.2.9b) 核心单元内部不允许有对接接头 该部分是支撑在反复荷载下发生屈服的部分 约束单元对核心单元的约束作用较弱 α为跨中初始变形 核心单元 用钢筋混凝土作为约束单元时 力学行为越稳定 过渡段和连接段组成(图E.2.1-2) 直接取为外约束全钢构件全截面的弹性模量和截面惯性矩 ④对其他截面形式 考虑纵向弯曲对钢筋混凝土抗弯刚度的降低影响 屈曲约束支撑构件 按式(E.2.6-4)计算 0 Mochizuki等的研究认为 cmax 屈曲约束支撑的钢材选用应满足现行国家标准《金属材料 E.2.7 A 屈曲约束支撑端部的钢管壁厚或者配箍率可取式(28)和式(29)计算值的两倍 当采用钢管混凝土作为支撑约束单元时 进而在二者之间产生摩擦力 屈曲约束支撑的连接段应按支撑的预期最大承载力来设计 ) 支撑应变为1.5％～4.8％时 屈曲约束支撑的约束比宜满足下列公式要求 由于约束单元的作用 所以约束单元应通过计算配置足够的箍筋或保证钢管具有足够的壁厚 本条规定超强系数材性试验实测值不应大于表E.2.3中数值的15％ 为单侧受拉纵向钢筋面积(mm v ／500(《钢结构设计规范》GB ——钢筋混凝土短期刚度(N·mm α 138计算 s A 核心单元钢材的应变强化调整系数w s E 取屈服后弹性模量为 乙烯基层＋泡沫 因此 h 约束单元和两者之间的无粘结构造层三部分组成(图E.2.1-1) 槽钢 屈曲约束支撑的极限承载力可按下式计算 屈曲约束支撑连接段的承载力设计值应满足下式要求 由于屈曲约束支撑按照其屈服承载力N 屈曲约束支撑应由核心单元 s 当约束单元采用整体式钢管混凝土或整体式全钢时 按此受力模型 E.2.6 ＝ N 2 中部截面核心单元膨胀对混凝土产生的界面压应力分布近似如图16所示 侧向膨胀作用的大小与无粘结层厚度有关 a 不能将屈曲约束支撑当作一般的钢结构构件来设计制作 h f 1 当约束单元为钢管时 1 核心单元板件最终形成如图14所示的多波高阶屈曲模态 屈曲约束支撑的极限受压承载力N 这种挤压作用可能导致混凝土开裂 N I 2 确定核心单元材料 按M 其中A 2 B f y ρ 为受拉纵向钢筋面积 ——屈曲约束支撑连接段的轴向承载力设计值(N) 取由各个装配式构件所形成的组合截面惯性矩(mm 在外包混凝土约束段端部与支撑加强段端部斜面之间预留间隙 2 工作段 来供货 由N E.2.3 如图13所示 7314的规定 r 取K＝1 沥青油漆 硅胶 ξ——屈曲约束支撑的约束比 2 箍筋或钢管的环向拉力应与核心单元的侧向膨胀力相平衡 M——约束单元的弯矩设计值(kN·m) 角钢等)组成 其他研究者也建议了多种无粘结构造 1-聚苯乙烯泡沫 按现行行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ s ／E ) 屈曲约束支撑的核心单元截面可选用一字形 核心单元在轴压力作用下会对约束单元产生侧向膨胀作用 可得到支撑中部箍筋的体积配箍率ρ 表E.2.3 且应具有良好的可焊性 4 B 断后伸长率A不应小于25％ E.2.8 是屈服段与非屈服段之间的过渡部分 ck 核心单元的构成 4 ——屈曲约束支撑的受拉或受压屈服承载力(N) tmax 否则核心屈服段的局部屈曲变形会较大 即应采用极限荷载N sv 由于核心单元与混凝土界面存在摩擦 系数K可由式(21)确定 因为焊接残余应力会影响核心单元的性能 则在屈曲约束支撑的极限荷载N y ) ρ ＝2N 1 按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB ymax M 硅树脂橡胶层等 拉伸试验 s 当约束单元外包钢筋混凝土时 屈曲约束支撑的抗弯计算要求应与其整体稳定计算相同 在约束单元端部的1.5倍截面长边尺寸范围内 屈曲约束支撑的轴向受拉和受压屈服承载力可按下式计算 进行约束单元的抗弯设计即可 a 之比β＝N ρ 可将核心单元截面横向膨胀对约束单元的作用力简化如图16所示 工字形 s 其宽厚比对屈曲约束支撑的低周疲劳性能有一定影响 t c ——约束单元的受弯承载力(kN·m) 十字形和环形等 η s 约束单元是为核心单元提供约束机制的构件 为避免屈曲约束支撑在达到N I 2 I 当为圆形截面时 因此式(E.2.3)中的工作段截面面积A 当采用全钢构件时 )与核心单元对截面形心的惯性矩(mm 核心单元多波局阶屈曲 N 式中 一般情况下取1mm～2mm 取翼缘宽度(mm) 过渡段 风荷载与多遇地震作用工况下的弹性设计验算 I ) )E ——核心单元的极限受压承载力(kN) 随着轴向压力增大 依据上海中巍钢结构设计有限公司委托清华大学所做的研究成果 为钢筋混凝土约束单元的截面有效高度(mm) ysc 然后确定支撑构件核心单元的截面面积 确定 且在3％应变下无弱化 取N 由特定强度的钢材制成 r 由受压极限承载力N E.2.2 环氧树脂 宽厚比越小 无粘结材料可选用橡胶 0 Mase 取K＝1 屈曲约束支撑约束单元的抗弯承载力应满足下列公式要求 ) 0 3-过渡段 ——核心单元钢材的屈服强度(N／mm 其中核心单元也由三个部分组成 ——核心单元的受压屈服承载力(N) 图E.2.1-1 s 则式(23)与Kmiura建议的约束钢管混凝土Euler稳定承载力应大于1.9倍核心单元屈服承载力的要求接近 w＝1.2～1.5 t E 式(E.2.5)中的系数1.2是安全系数 E.2.3 该间隙值也不能过大 ) 混凝土材料强度等级不宜小于C25 E.2.6 v d——圆形截面直径(mm) s 228.1和《金属材料 E 50010中的构造要求配置即可 ——核心单元工作段宽度(mm) 为混凝土保护层厚度 K——约束单元刚度折减系数 1 c ——屈曲约束支撑的总长度(mm) 间隙值应满足罕遇地震作用下核心单元的最大压缩变形的需求 当钢板与混凝土界面为完全无粘结时 需要增加核心单元的截面积 h为截面边长 其制作应有完善的质量保证体系 b 因此 核心单元钢板与外围约束单元之间的间隙值每一侧不应小于核心单元工作段截面边长的1／250 应具有夏比冲击韧性0℃下27J的合格保证 r 2 E s 其受力途径比较明确 2mm硅树脂橡胶层等 L E.2.9 端部加强段构造 钢筋混凝土或全钢构件(如钢管 α 其体积配箍率ρ ρ max 反映随着混凝土开裂和裂缝发展 由于钢材依据屈服强度的最低值——强度标准值供货 钢筋 s 且在3％应变下无弱化 加强段伸入混凝土 当采用钢管混凝土时 室温压缩试验方法》GB／T 为初始挠度 且端部加强区长度可取为构件长边边长的1.5倍 图E.2.1-2 本条给出了三种钢材的超强系数中间值 ——核心单元工作段截面积(mm 其中b为截面边长尺寸中的较大值 f 应满足本规程表7.5.3中所规定的一级中心支撑板件宽厚比限值要求 所以钢材的实际屈服强度可能明显高于理论屈服强度标准值 则有β 十字形 屈曲约束支撑常用截面形式 w——应变强化调整系数 N 4 为避免因材料的实际屈服强度过大而造成工作段的实际截面面积过小 (24)可解得屈曲约束支撑跨中弯曲变形为 ②对十字形截面宽厚比取5～10 采用有限元方法对不同钢板厚度和混凝土强度时界面上的压应力进行分析 和受拉极限承载力N 式中 主要形式有钢管混凝土 f——核心单元钢材强度设计值(N／mm 将其附着于核心单元表面 此外还应采取措施防止局部屈曲 当无粘结构造层较薄时 由于实际屈服强度有一定的离散性 约束单元不承受任何轴力 适用于不同的承载力要求和耗能需求 偏于安全取β＝1.3