防屈曲耗能支撑在钢筋混凝土框架结构中的耗能减震分析.pdf-_矿业文库_煤矿文库_有色文库_金属矿山文库_矿山安全_煤矿安全_采矿技术措施

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四川建筑科学研究ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ第４０卷第２期２０１４年４月防屈曲耗能支撑在钢筋混凝土框架结构中的耗能减震分析冯曼１，２，王泽军１（１．西安建筑科技大学，陕西西安７１００５５；２．陕西建筑设计研究院有限责任公司，陕西西安７１００１８）摘要以西安某５层框架为例，在适当部位布置防屈曲耗能支撑后，利用ＳＡＰ２０００有限元软件对设有防屈曲耗能支撑的钢筋混凝土框架结构进行耗能减震性能分析，以此说明防屈曲耗能支撑框架结构在高烈度区的优势。关键词防屈曲耗能支撑；钢筋混凝土框架结构；耗能减震中图分类号ＴＵ３７５  ４文献标志码Ｂ文章编号１００８－１９３３（２０１４）０２－１８４－０２０引言防屈曲耗能支撑（Ｂｕｃｋｌｉｎｇ  ＲｅｓｔｒａｉｎｅｄＢｒａｃｅ，简称ＢＲＢ）又称屈曲约束支撑（ｂｕｃｋｌｉｎｇ  ｉｎｈｉｂｉｔｅｄｂｒａｃｅｓ）、无粘结支撑（ｕｎｂｏｎｄｅｄｂｒａｃｅｓ）等，是一种受拉受压均能达到屈服的支撑，且防屈曲支撑的滞回曲线比较饱满，其耗能能力远远超过普通支撑，构造如图１所示。防屈曲耗能支撑的优点在于，它能够在小震和设计风荷载作用下处于弹性状态，向主体结构提供足够的刚度，从而保证结构满足正常使用要求；在中震、大震及强震作用下，耗能支撑率先进入耗能状态，产生较大的阻尼，耗散地震输入的大部分能量，并迅速衰减结构的动力反应（位移、速度、加速度等），而主体结构不出现明显弹塑性，从而确保其强震或强风作用下的安全性和正常使用性。１工程概况该建筑为西安市某商场，为大跨度钢筋混凝土框架结构。结构共５层，总高度２４  ７５ｍ，其中首层图１防屈曲耗能支撑的构成层高５  １５ｍ，其余层层高４  ９ｍ，结构东西向长１０４ｍ，南北向长２１  ６ｍ。根据规范［１］相关条文，该工程设防烈度为８度，设计基本加速度为０  ２ｇ，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，抗震等级为一级。结构平面布置如图２所示。构件截面尺寸，ＫＬ３００６００、３５０８００；ＫＺ６００６００；楼板厚１２０ｍｍ。其中一层混凝土强度等级为Ｃ４０，标准层为Ｃ３５。图２结构平面收稿日期２０１２  １１  ２３作者简介冯曼（１９８６－），女，硕士研究生，研究方向高层结构设计及抗震分析。Ｅ－ｍａｉｌ５２６３０２４０７＠ｑｑ．ｃｏｍ２原有结构抗震性能分析及防屈曲耗能支撑布置方法２．１结构建模结构采用ＳＡＰ２０００有限元计算软件建模，楼板４８１在其自身平面内采用刚性隔板假定，梁柱单元均采用线弹性单元模拟。２．２防屈曲耗能支撑在ＳＡＰ２０００中的模拟本文采用非线性连接单元模拟防屈曲耗能支撑，不考虑支撑的质量和重量对结构的影响，因此该项设置为０；对于其各局部坐标轴的旋转惯量，当支撑的局部坐标都在支撑上则旋转惯量为０；有效刚度则为屈服承载力与屈服位移的比值；滞回模型选择Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ，即双线性滞回模型。防屈曲耗能支撑材料为ＢＬＹ１６０（软钢Ｑ１６０），屈服承载力７００ｋＮ，极限承载力１９２０ｋＮ，数量２０个。２．３工况分析２．３．１反应谱分析当采用反应谱进行结构地震反应计算时，又称振型分解反应谱法。该建筑位于西安市，根据规范［２］的相关规定，水平地震影响系数最大值 α ｍａｘ为０  １６，特征周期Ｔｇ为０  ３５。考虑振型阻尼引起的邻近振型之间的静态耦合，故振型组合采用ＣＱＣ法；考虑偶然偏心影响，结构整体阻尼取０  ０５。２．３．２反应谱分析结果根据反应谱分析结果，原有结构前三振型周期分别为２  ０７（Ｘ向平动）、２  ０８ｓ（Ｙ向平动）及１  ６２（扭转），结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为０  ７８，满足规范小于０  ９的要求。图３所示为原有结构在反应谱工况下的层间位移角。从图中可以看到，Ｘ向满足规范要求，而Ｙ向最大层间位移角出现在第２层，为１／３４４，除了第５层，其他层也已经超出了规范规定的１／５５０的限值。图３规范标准反应谱工况下原有结构层间位移角２．４防屈曲耗能支撑在框架结构中的布置防屈曲耗能支撑的布置形式［３］宜采用单斜形和Ｖ形（倒Ｖ形）布置，此外，支撑的布置方案存在一定的局限性，即在结构内部不便设置支撑，故将支撑布置在结构的边框架中。从图３可以看出，结构在Ｙ向的层间位移较大，因此支撑沿Ｙ向布置。如图４所示，阴影部分为防屈曲耗能支撑的平面布置，支撑布置为单斜形。图４防屈曲耗能支撑布置平面３防屈曲耗能支撑的时程分析３．１时程分析工况与反应谱分析不同，时程分析是结构更真实的动力分析。因此，采用时程分析法对防屈曲耗能支撑进行耗能减震分析，根据规范［２］相关规定，应按建筑场地类别和设计地震分组选用两条实际强震记录和１条人工模拟的加速度时程曲线。其中，ＥｌＣｅｎｔｒｏ波、ＴａｎｇｓｈａｎＥＷ波、Ｌａｎｚｈｏｕ３波作为Ｘ向地震波输入结构；ＥｌＣｅｎｔｒｏ波、ＴａｎｇｓｈａｎＮＳ波、Ｌａｎｚｈｏｕ４波作为Ｙ向地震波输入结构。时程分析所取地面运动最大加速度在多遇地震下为７０ｃｍ／ｓ２。３．２时程分析结果加入防屈曲耗能支撑之后的结构前三阶振型周期分别为１  ６７（Ｘ向平动）、１  ５０ｓ（Ｙ向平动）及１  ３２（扭转），结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为０  ７９，原有结构存在的扭转现象得到较好的缓解，且结构周期值有所减小，结构刚度有所提高。图５、６为框架结构增设防屈曲耗能支撑后的层间位移角，从图中可以看出，结构各层的层间位移角均有明显降幅，其中原结构２层Ｙ向的层间位移角不满足规范要求，加支撑后降低了６８  ３％。说明了（下转第１９１页）５８１２０１４Ｎｏ  ２冯曼，等防屈曲耗能支撑在钢筋混凝土框架结构中的耗能减震分析系数研究［Ｄ］．南京河海大学，２００８．［４］ＶａｍｖａｔｓｉｋｏｓＤ，ＣｏｒｎｅｌｌＣＡ．Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，２００２，３１（３）４９１  ５１４．［５］ＣｈａｍｅｙＦＡ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ［Ｃ］ ∥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２００５ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＣｏｎｇｒｅｓｓａｎｄｔｈｅ２００５ＦｏｒｅｎｓｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，ＮｅｗＹｏｒｋ，２００５．［６］孙文林．ＩＤＡ在钢框架结构弹塑性分析中的应用研究［Ｊ］．山西建筑，２００５，３１（１７）３７  ３８．［７］韩建平，吕西林，李慧．基于性能的地震工程研究的新进展及对结构非线性分析的要求［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００７，２７（４）１５  ２３．［８］ＡｐｐｌｉｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｕｎｃｉｌ，ＦｅｄｅｒａｌＥｍｅｒｇｅｎｃｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡ  ｇｅｎｃｙ．Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ［Ｒ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ，ＡｍｅｒｉｃａＦＥＭＡ，２００８．［９］ＪＧＪ９９９８高层民用建筑钢结构技术规程［Ｓ］．［１０］ＪａｍｅｓＯ．ＭａｌｌｅｙａｎｄＥｇｏｒＰ．Ｐｏｐｏｖ．ＳｈｅａｒｌｉｎｋｓｉｎｅｃｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙｂｒａｃｅｄｆｒａｍｅｓＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．１９８４，１１０（９）２２７５  ２２９５．［１１］ＫａｚｕｈｉｋｏＫａｓａｉ，ＥｇｏｒＰＰｏｐｏｖ．ＧｅｎｅｒａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＷＦｓｔｅｅｌｓｈｅａｒｌｉｎｋｂｅａｍｓＪｏｕｒｎａｌｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．１９８６，１１２（２）３６２  ３８２．［１２］ＡＩＳＣ（２００５），ＳｅｉｓｍｉｃＰｒｏｖｉｓｉｏｎｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＳｔｅｅｌＢｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｓ］．ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３４１－０５，Ｍａｒｃｈ９，ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＩｎｃ．Ｃｈｉｃａｇｏ，櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏ＩＬ．（上接第１８５页）防屈曲耗能支撑在多遇地震下的耗能减震效果非常明显。图５多遇地震作用下原结构与防屈曲耗能支撑框架结构Ｘ向层间位移角比较图６多遇地震作用下原结构与防屈曲耗能支撑框架结构Ｙ向层间位移角比较４结语１）通过对框架结构、防屈曲耗能支撑框架结构的反应谱及时程分析可以看出，框架结构在高烈度区的抗侧刚度较弱，而增设防屈曲耗能支撑则为结构提供了侧向刚度，使结构的层间位移满足规范规定的限值，该支撑解决了框架结构在高烈度区高度的限制。２）防屈曲耗能支撑的布置应考虑结构的工作性能（包括刚度、延性等）、建筑功能和经济等要求，综合比较选择相对较好的方案。３）通过算例可以看出，防屈曲耗能支撑能有效地控制结构的楼层位移响应。在小震下，防屈曲耗能支撑相当于普通支撑，而在中震及大震作用下，它弥补了普通支撑屈曲的缺点，作为第一道防线率先屈曲确保结构不出现明显弹塑性。参考文献［１］ＪＧＪ３２０１０高层建筑混凝土结构技术规程［Ｓ］．［２］ＧＢ５００１１２０１０建筑抗震设计规范［Ｓ］．［３］周云．防屈曲耗能支撑结构设计与应用［Ｍ］．北京中国建筑工业出版社，２００７．１９１２０１４Ｎｏ  ２葛冬生，等Ｙ型偏心支撑钢框架倒塌储备能力分析

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