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宣讲 防屈曲耗能支撑

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宣讲 防屈曲耗能支撑

防屈曲耗能支撑 Buckling Restrained Braces,刘 青 博士生 同济大学 多高层钢结构及钢结构抗火研究室 上海同钢建筑科技有限公司,www.tonggang.net,目录,防屈曲支撑的概念和优点 防屈曲支撑结构的设计方法 TJ防屈曲支撑的工程应用 结束语,目录,防屈曲支撑的概念和优点 防屈曲支撑结构设计方法 TJ型防屈曲支撑工程应用 结束语,支撑的作用,提高结构的抗侧刚度 提高结构的抗侧承载力,框架+支撑结构,框架结构,支撑的发展历史,普通中心支撑 支撑受压屈曲,结构刚度迅速下降、承载力低,耗能性能差 普通偏心支撑 偏心支撑通过偏心梁段耗能,耗能性能较好 震后修复困难,且支撑刚度不能完全发挥 防屈曲支撑 支撑不会屈曲,且保护梁柱构件不破坏,支撑刚度和强度完全发挥,普通支撑的缺点,受压易屈曲,耗能性能差,普通支撑:地震下易屈曲破坏,1995年, 日本阪神地震,支撑连接节点破坏,支撑屈曲,普通支撑:地震下易屈曲破坏,2008年, 汶川地震,什么是防屈曲支撑?,利用套筒给支撑芯材提供约束,抑制支撑受压屈曲。 支撑和耗能阻尼器合二为一的新型抗震产品。,芯板,钢套筒,防屈曲支撑,+,=,防屈曲支撑,受压不屈曲,耗能性能好,普通支撑与防屈曲支撑的比较,试验录像,防屈曲支撑的发展历程,1970年代,日本提出防屈曲支撑的概念; 1990年代,美国及台湾开始研究防屈曲支撑; 1994年北岭地震后,美国开始大规模应用。 1995年神户地震后,日本开始大范围使用。 2000年后,同济大学等开始研究防屈曲支撑。 我国台湾地区在各类建筑中采用了约一万余根防屈曲支撑。,防屈曲支撑的组成,防屈曲支撑的组成,芯板钢材类型 低屈服点钢:屈服强度160MPa,225MPa 普通低碳钢:Q195,Q235,Q345 芯板材料性能要求: 强屈比:不应小于1.2 伸长率:应大于25% 韧性:应具有常温下27J冲击功,防屈曲支撑的分类,耗能型 中震、大震作用下,用来耗散地震能量 小震作用下,作为阻尼器使用(属于位移相关型金属屈服阻尼器) 承载型 不利用防屈曲支撑的耗能能力,只用于抵抗荷载。,防屈曲支撑的优点,1,2,3,4,5,防屈曲支撑的优点(1),1,防屈曲支撑的优点(2),普通支撑轴向承载力设计值防屈曲支撑轴向承载力设计值相同刚度下,承载能力比普通支撑提高310倍,防屈曲支撑的优点(3),自我牺牲,甘为主体结构的“保险丝” 震后更换方便,3,防屈曲支撑的优点(4),普通支撑受拉与受压承载力差异很大,与支撑相邻构件的内力由支撑受拉承载力控制。 防屈曲支撑受拉与受压承载力差异很小,可大大减小与支撑相邻构件和基础的内力,进而减小相邻构件截面,经济性良好。,4,防屈曲支撑的优点(4),大大减小人字型普通支撑因受压支撑屈曲产生的不平衡力对梁的影响,4,防屈曲支撑的优点(5),无需按照稳定性要求确定截面,可使用更小的截面。 降低震后结构的维修费用,5,框架+防屈曲支撑体系的优点,框架+防屈曲支撑体系的优点,目录,防屈曲支撑的概念和优点 防屈曲支撑结构的设计方法 TJ型防屈曲支撑工程应用 结束语,新版抗震规范,新版建筑抗震设计规范GB50011-2010,自2010年12月1日起开始实施。 与防屈曲支撑相关的内容和条款 全面引入防屈曲支撑(规范中称为屈曲约束支撑); 引入钢支撑-混凝土框架结构体系(规范附录G); 当消能减震结构的抗震性能明显提高时,主体结构的抗震构造要求可以适当降低,最大降低幅度可达1度。,建筑抗震设计规范附录G 钢支撑-混凝土框架,抗震设防烈度为68 度且房屋高度超过钢筋混凝土框架结构最大适用高度时,可采用钢支撑-混凝土框架组成抗侧力体系的结构。,防屈曲支撑的布置,宜采用人字支撑、成对布置的单斜杆支撑等形式,不应采用K形或者X形; 支撑与梁柱的连接角度宜在35°55°之间; 防屈曲支撑按照端部铰接杆件计算。,防屈曲支撑的主要技术参数,设计承载力:用于弹性阶段支撑截面的强度验算 屈服承载力:用于结构的弹塑性分析 极限承载力:用于防屈曲支撑连接节点的设计超强系数Ry:钢材材料的超强系数 应变强化调整系数:支撑芯材在地震作用下拉压屈服会产生应变强化效应,设计流程,上海市标准 高层建筑钢结构设计规程,防屈曲支撑结构的设计方法,弹性阶段 第一步:初选支撑截面和所用钢材的强度等级,建立结构计算模型,建模方式与框架-普通支撑结构的建模方式相同。 第二步:进行结构弹性阶段的分析,在确保结构刚度满足设计要求的情况下,提取支撑弹性阶段的最大内力Nmax 第三步:若NmaxNb(Nb为支撑的设计承载力,Nb=A×f ),所选支撑截面满足要求。 第四步:若不满足,调整支撑的截面积重新进行分析、验算,直至满足NmaxNb时结束。,防屈曲支撑结构的设计方法,弹塑性阶段 方法一:根据支撑的简化滞回模型,利用结构计算软件进行结构的静力或动力弹塑性分析(SAP,ETABS,MIDAS等)方法二:根据建筑抗震设计规范第12.3.4条的有关规定,计算防屈曲支撑提供给主体结构的附加阻尼比,按照弹性分析方法进行结构的弹塑性分析。,TJ防屈曲支撑连接节点的设计,框架+支撑结构体系算例分析,中间走廊,两侧房间 8层:4.2米+3.6米×7 横向框架间距:8.4米+2.5米+8.4米 纵向框架间距:8.4米×6 地震烈度:8度,0.2g,算例分析,计算信息: 附加节点质量:100kN 恒载线载:50kN/m 活载线载:20kN/m 柱截面:箱型400×400×12×12 梁截面:HN500×200 边跨设置防屈曲支撑 提高结构的抗侧能力 屈服吨位:160T 核心面积:8631mm2 承载力设计值:1464kN,弹性计算结果,普通支撑方案:支撑截面为防屈曲支撑芯板面积的3倍!,弹塑性分析,II类场地,ELCENTRO波 设防烈度8度,0.2g 加速度峰值: 中震:200 cm/s2 大震:400cm/s2,中震分析结果与对比,大震分析结果与对比,大震下的结构状态,普通支撑方案,防屈曲支撑方案,目录,防屈曲支撑的概念和优点 防屈曲支撑结构的设计方法 TJ防屈曲支撑的应用领域 结束语,TJ防屈曲支撑的应用领域,作为结构的主要抗侧力体系应用 用于平面不规则结构 在结构加强层中的应用 既有建筑的改造与抗震加固,TJ防屈曲支撑的应用领域,作为结构的主要抗侧力体系应用 用于平面不规则结构 在结构加强层中的应用 既有建筑的改造与抗震加固,TJ防屈曲支撑的应用案例,上海世博中心 地震作用明显减小,幅度达25 提高结构的抗震性能 节约用钢量2000吨,节省投资2400万,钢框架+防屈曲支撑,

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