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