约束屈曲支撑的研究及应用-论文

第1 4卷第 1期2 0 1 4年 2月

湖南工业职业技术学院学报J OU I l NA L OF肿 N A N 『【 ' U S T R Y P OL Y T E C I玎 C

V0 1 . 1 4 N o . 1 F e l b .2 0 1 4

约束屈曲支撑的研究及应用杨菊，强寒丹，仇冬(江苏省常州建设高等职业技术学校，江苏常州， 2 1 3 0 1 6 )

[摘

要]约束屈曲支撑( B R B)在拉力和压力的作用下都能屈服而不屈曲，因此能达到耗能的性能。介绍了约束屈曲支撑

在国内的的研究及应用现状。

[关键词】约束屈曲支撑；滞回性能；抗震设计 . [中图分类号] T U 3 1 2 . 1[文献标识码] A[文章编号】 1 6 7 1— 5 0 0 4( 2 0 1 4 )0 1 . 0 0 1 2 - 0 3

Re s e a r c h a n d Ap p l i c a t i o n o f Bu c k l i n g - r e s t r a i n e d Br a c e sY ANG J u; J I ANG Ha i— d a n g; Z HOU Do n g( C h a n g z h o u Hi g h e r V o c a t i o n a l S c h o o l 0 f C o n s l r u c t i o n, C h a n g z h o u 2 1 3 0 1 6, J i a n g s u )

【 A b s t r a c t]S i n c e b u c k l i n g - r e s t r a i n e d b r a c e s c a n y i e l d i n b o t h t e n s i o n a n d c o m p r e s s i o n w i t h o u t b u c k l i n g, i t c a n h a v e e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y . T h i sp a p c r i s d e v o t e d t o t h e l￣s e a r c h a p p l i c a t i o n o f Bl t B i n C h i n a .

[ Ke y w o r d s】b u c k l i n g - r e s t r a i n e d b r a c e s; h y s t e r e t i e b e h a v i o r,; s e i s m i c d si e g n

.

1约束屈曲支撑( B R B )的工作原理1 . 1 B R B的基本构造

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约束屈曲支撑的基本构造【 J是：受力单元及侧撑构件之间涂上无粘结可膨胀材料或者不使用任何无粘结材料，并在受力

单元及侧撑构件间预留一定的空隙，以便形成滑移界面，同时为了保证轴力只沿受力单元传递，只有受力单元与框架结构连接(如图 1 )。通常用的受力单元是钢板，而侧撑构件是钢管。

莲茎薹垂薹图 2屈曲约束支撑工作原理

2研究现状在我国，约束屈曲支撑的研究才刚刚起步，许多学者对此展开了研究。

台湾大学蔡克铨等研究了无粘结材料对约束屈曲支撑抗震性能的影响，并开发了双套筒双内核约束屈曲支撑 l Z l,见图

3。该种支撑两个套筒内各自插入一片内核单元，组合后的两个内核单元端部夹住节点板进行连接，解决了传统型约束届曲支撑需要设置拼接板与框架连接而造成连接长度过长、螺栓多、

有效约束区短等问题，并对这种支撑进行了理论和试验分析。 图1 B R B的基本构造1 . 2B R B工作原理

台湾大学陈正诚等制作了 3组共 1 2个试件[ 3 1,其内核受力单元均采用 A 3 6矩形钢板，约束单元分别采用钢筋混凝土、钢管混凝土和组合钢管，进行对比试验研究。结果显示，所有支撑均具有较高的耗能能力。

滑移界面允许受力单元和侧撑构件之间发生相对滑动 (如

图2 )。侧撑构件约束了受力单元的横向变形，同时也防止了受力单元受压时的整体屈曲，即在受拉和受压时都达到了屈服。

台湾逢甲大学的蔡崇兴和刘育诚提出了简易强化式约束

4] -[ 5],并申请了专利，见图 4。这种支撑构造简单， 这样使受力单元达到非常高的应力水平，超过了受力单元材料屈曲耗能支撑1侧撑构件和主受力构件一端采用一体成的屈服强度，使滞回曲线稳定饱满，在地震反复荷载下具有良元需使用无粘结材料，好的滞回耗能性能。 形方式，另一端采用分离式，并进行了实验研究。

[收稿日期] 2 0 1 3— 1 2— 2 7 [作者简介] 杨菊( 1 9 8 1一 ),女，江苏常州人，江苏省常州建设高等职业技术学校讲师，研究方向：钢结构的教学。强寒丹( 1 9 8 7一 ),女，江苏常州入，江苏筑森建筑设计有限公司助理工程师，研

究方向：钢结构稳定理论。 仇东( 1 9 8 7一 ),女，江苏常州人，江苏省常州建设高等职业技术学校助讲，研究方向：结构抗震理论。1 2

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图 3双钢管约束屈曲支撑的连接

图 6四个方矩管捆绑组成的防屈曲支撑

广州大学周云等人针对约束屈曲耗能支撑端部容易破坏和缺乏低屈服点钢的情况，提出一种新的约束屈曲耗能支撑设计思想【“】,即“核芯单元局部削弱相当于其它部分加强”,并给出

“开孔式”和“开槽式”两种新型约束屈曲耗能支撑方案，见图 7,利用在芯材管上开孔或开槽的方法实现屈服段和非屈服段的图4简易强化式约束屈曲支撑构造示意图清华大学的刘建彬对约束屈曲支撑进行了有限元数值分析和构件稳定性的研究。通过对支撑整体和局部稳定分析，给出了实现支撑约束屈曲所需的约束套筒的刚度和承载力要求，分工。

并提出了支撑与框架连接段的简化计算方法。同济大学的邓长根、申波同、哈敏强等对约束屈曲支撑的稳定问题进行了理论推导、数值分析、试验研究，并且对设置约束

图 7三重钢管约束屈曲耗能支撑构造设计图

南京工业大学郑廷银、杨菊、徐士云、强寒丹对双 T形矩形钢管约束屈曲支撑分别进行了有限元研究和试验分析，探讨其抗震性能啕。

屈曲支撑的钢框架结构进行了弹塑性时程分析，并试图将约束屈曲支撑的应用范围推广至空间结构。 哈尔滨工业大学李妍、吴斌等对一字形外包钢管的约束屈力，其中静力往复试验结果表明，约束屈曲支撑阻尼器具有很

上海同济大学李国强等人自主研发了 T J约束屈曲耗能支撑[ I 3】,对其进行试验研究，并通过国家建设部科技发展中心专家支撑的具体设计方法，目前该种支撑已在大量实际工程中使

曲支撑阻尼器进行了试验研究：静力往复试验和子结构拟动组的检验，论证其具有良好的力学性能，还给出了 T J约束屈曲好的抗震特性和耗能性能，拟动力试验结果表明，地震作用下钢用。

支撑阻尼器结构的抗震能力有了很大的提高，能非常有效地降低结构的最大位移。 湖南大学陈煜、河北工业大学董艳英髑用有限元程序分别

3国内应用现状约束屈曲支撑具有自重轻、安装方便且布置灵活等优点，

因此能降低建筑结构基础成本、加快工程进度。近年来，国内的 某些高层建筑尝试使用约束屈曲支撑，见表 l、表2。 表1台湾约束屈曲支撑( B R B )应用现况工程名称工程性质工程规模台北县政府行政大楼钢结构，新建：地上3 3层、地下4层，约4 7 0 0 0 台湾省科技大学目际大楼。铜结构，新建地上l 2层、地下 3层.约3 6 5 0 1 d。奇美电子南科四号厂 .钢结构，新建基隆某住宅大楼制震朴强钢结构，新建地上 7层地上 3 l层、地下 5层 .

对一字型截面和对十字形截面的约束屈曲耗能支撑的受力过程进行了模拟，并对约束屈曲耗能支撑框架结构的设计应用进行了探讨和总结。 兰州理工大学王秀丽及其学生对约束屈曲支撑在大跨网壳结构中的运用进行了大量的研究。 清华大学郭彦林提出了几种新型装配式约束屈曲支撑㈣, 见图5、 6。该种支撑由常用的各种型钢通过螺栓连接起来，少焊接、无混凝土浇筑。文献中给出了这种支撑的设计理论与方法，包括支撑的约束比要求以及约束构件捆绑作用如何实现，然后对由其衍生出的一种屈曲延迟性构件的计算原理进行介绍，最后对约束屈曲支撑框架的抗震性能及其设计理论进行探讨与展望。

台大医院儿童医疗大楼钢结构，新建 2 2楼层。7 3 7 6 5 m 2 私立中国文化大学体育馆 .钢结构，新建地上 l 0层、地下 5层，约4 7 5 2 6 1 台中国泰世华国际大楼钢结构，新建慈济文化志业大爱电视台 S R C结构，新建台积电晶臣厂八号厂 。钢结构.新建。 4 6楼层， 5 9 9 6 6￣ “楼层，2 4 5 9 2 I 2 6楼层，约4 7 7 6￣

台北阳明山文化大学体育馆一 S R C结构，新建地上 l O层、地下4层，约2 9 4 4 西华银行 加固 : 4 7层

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表 2中国大陆约束屈曲支撑( B R B )部分应用现况

参考文献【 l】谢强屈曲约束支撑的研究进展及其应用叨.钢结构， 2 0 0 6, 2 1 ( 1 ): 4 6 - 4 8 .

[ 2】蔡克铨，黄彦智，翁崇兴 .双管式挫屈束制(屈曲约束)支撑之耐震行为与应用田.建筑钢结构进展， 2 0 0 5, 7 ( 3 ): 1— 8 .[ 3】陈正诚 .韧

性同心斜撑构架与韧性斜撑构材之耐震行为与设计[ D 1 .台湾：国立台湾大学， 2 0 0 0 .

俐育诚.简易强化式挫圃束制斜撑之试验与分析台湾：逢甲大学2 o o 5 .【 5】蔡崇兴，陈文信，杨丰旗.新型屈曲约束斜撑 B R B )￣件测试与模拟L玎 .工程抗震与加固改造。 2 0 0 8, 3 o ( 4 ): 1 1 4一 l 1 9 .

4结语屈曲约束支撑应用于建筑工程是经济、有效、实用、可靠的方法，可取得显著的经济效益和社会效益，具有工程应用价值。 目前遇到的最大障碍是屈曲约束支撑设计理论和方法的

【 6】申波_轴压套管构件静力稳定性能的理论与试验研究【 D】 .上海：同济大学， 2 0 0 7 .

【 7】李妍，吴斌，王倩颖.防屈曲钢支撑阻尼器的试验研究忉.土木工程学报， 2 0 0 6, 3 9 ( 7 ): 9— 1 4 .

【 8】董艳英.阻屈耗能支撵( B R B )系统耗能的全过程有限元分析【 D】 .石家庄：河北工业大学， 2 0 0 5 .

严重滞后，设计人员无章可循。《建筑结构抗震设计规范》( G B 5 0 0 0 1— 2 O L O )修订时增加了消能减震结构的设计方法规定，

【 9 1 8生学.带B R B的单层椭球形网壳的动力弹塑性分析【 D】 .兰州：兰州

但给出的仅仅是原则性的条款，对约束屈曲支撑和防屈曲支撑理工大学。 2 0 1 0 .l 0]郭彦林，江磊鑫，王小安等.一种全钢结构防屈曲耗能支撑[ P】 .中国： 钢框架并无针对性条文[ 1 4 1,而且屈曲约束支撑大部分都为专【

利技术，这也给该技术的发展和在国内的广泛应用造成了很大的了限制。 .

20 0 92 0 1 0 6 79 1 . 0, 2 01 0. 1 . 2 7 .

【 1 1 1邓雪松部征敏，周云.开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究与有限元模拟 .土木工程学报. 2 0 1 0, 4 3 ( 1 2 ): 4 1— 4 9 . 【 l 2】强寒丹.双T形内核与角钢约束屈曲支撑力学性能研究[ D】 .南京：南

为促进屈曲约束支撑在我国的发展，需要加快研制出具有

自住知识产权的新型屈曲约束支撑，并能建立与常用结构分析京工业大学， 2 0 1 2 . 软件的接合关系，同时制定出相关的施工规范。 【 1 3]李国强，胡宝琳，孙飞飞

等.国产 T J I型屈曲约束支撑的研制与试验忉.同济大学学报(自然科学版), 2 0 1 1, 3 9 ( 5 ): 6 3 1 - - 6 3 6 .

(上接第 8页)用户多，负荷较重，停电困难；其次，关键位置线夹受力影响较大，宜对其站内母线侧线夹进行优先更换。

的更换多涉及母线停电，如果集中进行大规模更换，势必造成部分地区在一段时间内电网高风险运行，在各行业基础建设如火如荼，线路通道形势依旧严峻的当下，不宜采取过于集中的 方式进行治理。此外，通过加强日常巡视监控，并采取有效保护措施能够大大降低该类线夹对电网构成的威胁，配合有针对性更换计划，能够最大限度降低电网风险和停电时间。在具体实施中，应着力做好如下工作。 4 . 1制定周密巡视计划，指导更换工作开展通过研发或引入先进的线夹监测、检测仪器，结合红外测

4 . 2 . 4母线走向为南北向的变电站线夹。该类变电站因受

风方向原因，易对线夹焊缝形成挤压和拉伸力，长期摆动受力将使线夹运行质量进一步下降，因此宜对其母线隔离开关线夹进行优先更换。 另外，对以下几类线夹区别对待： 4 . 2 . 5对导线较短、弧垂较小、受力较小的间隔内线夹(如断路器与电流互感器、接线座固定式隔离开关与断路器之间的线夹等 ),宜重点加强监控，并可在其运行工况未发生劣化的前提下暂缓进行更换。

温，即时掌握线夹运行状况，能够最大限度的对线夹治理工作起到指导和促进作用。尤其应注重线夹检查的计划性，应制定实，通过巡视记录的不断更新，发现设备薄弱点，能够有效指导线夹治理更换工作有针对性开展。4 . 2对线夹更换工作执行差异化管理

4 . 2 . 6对暂时未更换的设备线夹，视其实际运行情况和缺陷出现、发展等情况，应对其采取包括加装不锈钢托架在内的

切实可行的巡视计划和特殊条件下的应急特巡计划并严格落各类有效手段，确保其在更换前的安全平稳运行。

5 结语目前，电网运行中，对闪光对焊铜铝过渡线夹这类线夹，各电网应统一要求，加强监控、尽快更换，确保所有铜铝线夹状况

针对线夹不同运行状况，对以下几类线夹优先执行更换计划： 摆、环境腐蚀等影响时间较长，继续运行已无法保证其正常运行工况，故对该类线

夹优先考虑更换。 较为复杂，且上下层布置设备间多通过长导线连接，受导线自 身重力和高层风摆较大等因素影响，线夹继续运行风险较大，

4 . 2 . 1运行 1 0年以上老旧线夹。1 0年以上老旧线夹受风是可控在控的，保障人身、电网、设备的安全运行。 参考文献

4 . 2 . 2高型、半高型布置变电站线夹。该类变电站接线方式[ I】陈国宏，倪满生，田宇，等.铜铝过渡线夹使用状况与选型分析【 J】 .安徽电气工程职业技术学院学报， 2 0 1 2, ( 3 ): 1 5— 1 9 . [ 2】陈国宏，闵良，王家庆.2 2 0 K V变电站铜铝过渡线夹腐蚀与断裂分析[ J】 .安徽电力， 2 0 1 0, ( 4 ): 1 - 5 .理测试， 2 0 1 2, ( 1 ): 4 9— 5 3 .1 4

宜对其站内母线侧、长导线侧线夹进行优先更换。

3】吴爽登，陈静，梁永纯，等.铜铝钎焊接头盐雾腐蚀行为研究【 J 1 .物 4 . 2 . 3对变电站采用软母线单线接线的，因其风摆对线夹[

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