中铁上海设计院集团有限公司 200070
摘要：消能减震技术相比于传统的抗震设计方法，具有很多的优点，有广泛的前景。屈曲约束支撑是一种新型的消能减震装置。本文介绍了屈曲约束支撑的工作原理、性能检验要求以及其在设计中的减震目标和设计方法。
关键词：消能减震；屈曲约束支撑
1引言
近年来，消能减震技术得到逐步的推广，每年有大量的新建建筑采用消能减震设计。汶川地震以后，消能减震技术愈发得到重视，消能减震的应用呈现井喷的趋势。
传统结构的抗震是以结构构件的损坏来实现地震能量的耗散。消能减震结构的抗震是通过附加消能减震装置与主体结构组成一个新的结构系统，这一新的结构系统的消能能力和动力特性与原结构相比有较大的变化，使得主体结构承受的地震作用明显减小，消能减震装置作为专门的系统来耗散地震能量。
1.1屈曲约束支撑（BRB）
支撑是一种最为经济的抗侧力构件，它既能提高结构的刚度和承载力，又不影响建筑采光以及内部空间的分割，且施工方便。传统的带支撑框架有中心支撑框架和偏心支撑框架。中震和强震时，中心支撑框架中的支撑会受压屈曲和受拉屈服，而屈曲会使受压承载力降低，从而限制了支撑作为抗侧力构件的耗能能力，因而大多数抗震规范都对中心支撑的抗震承载力进行调低。偏心支撑框架通过偏心梁段的屈服，限制支撑的屈曲，可使结构具有较好的耗能性能。但是由于偏心梁段屈服，地震后结构修复较为困难，且支撑的刚度得不到完全发挥。
由于支撑屈曲不利于能量耗散，因此相对于传统中心支撑框架提出了一种新的可以避免支撑屈曲的体系，称为屈曲约束支撑框架。屈曲约束支撑由芯材，外套筒以及套筒内无粘结材料组成。虽然屈曲约束支撑形式多样，但原理基本相似，利用刚度较大的外套筒抵制中心芯板的屈曲。支撑的中心是芯材，为避免芯材受压时整体屈曲，即在受拉和受压时都能达到屈服，芯材被置于一个钢套管内，然后在套管内灌注填充材料，该填充材料具有一定的强度，又有较好的密实性，且耐久性优越。为减小或消除芯材受轴力时传给填充材料的力，而且由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层。
屈曲约束支撑的发明解决了普通钢支撑的失稳破坏的问题，使钢结构支撑在受拉和受压时性能一致，从而大大提高了钢材的利用率。屈曲约束支撑成为了结构的耗能元件，起到结构“保险丝”的作用。屈曲约束支撑结构延性性能好，耗能能力增强，且屈曲约束支撑施工方法与普通钢结构支撑相同，施工进度快，质量可靠。
当结构采用屈曲约束支撑后，建筑物经强烈地震，主体结构将不会破坏，从而保护建筑物内人员安全和财产安全。
1）屈曲约束支撑（BRB）的布置方式
屈曲约束支撑(BRB)的布置位置可根据建筑平面灵活布置，也可放置于隔墙中，可根据平面建筑的需要采用V形、人字形或单斜杆布置，不会对建筑的使用功能及外立面产生影响。
2）屈曲约束支撑(BRB)的力学模型
①屈曲约束支撑（BRB）屈服力
屈曲约束支撑（BRB）为轴心受力构件，其核心截面在轴向力作用下可全截面屈服，故其屈服力按下式计算：
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式中：
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为阻尼器核心钢材面积，
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为核心钢材屈服强度。
②屈曲约束支撑（BRB）弹性刚度
屈曲约束支撑（BRB）的弹性刚度可按下式计算：
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式中：
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为钢材弹性模量，
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为阻尼器长度。
③屈曲约束支撑（BRB）屈服位移
软钢阻尼器的屈服位移可按下式计算：
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2屈曲约束支撑的性能检验要求
根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2010）修订版和《建筑消能减震技术规程》（JGJ297-2013）的要求，屈曲约束支撑性能检验要求如下：
对屈曲约束支撑（BRB），抽检数量不少于同一工程同一类型同一规格数量的3%，当同一类型同一规格的消能器数量较少时，可在同一类的屈曲约束支撑中抽检总数量的3%，但不应少于2个，检验支撑的工作性能和拉压反复荷载作用下的滞回性能，检测合格率为100%，该批次产品可用于主体结构。检测后的屈曲约束支撑不应用于主体结构。
对位移相关型消能器，在消能器设计位移幅值下往复循环30圈后，消能器的主要设计指标误差和衰减量不应超过15%，且不应有明显的低周疲劳现象。
3分析软件及计算内容
YJK建筑结构设计软件，大型商业有限元分析软件ETABS、PREFORM-3D。
结构计算模型及计算内容
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4结构减震目标及性能目标
工程在多遇地震和罕遇地震作用下的减震目标，以及与消能减震器相连的构件和节点的性能目标及其设计方法如下表所示：
结构减震目标和性能目标
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5结束语
屈曲约束支撑可以有效的减少结构的地震反应，显著的提高结构的抗震性能。由于屈曲约束支撑只属于消能减震装置中的一种，更多类型的减震装置在实际工程中的应用需要进一步探讨，应该针对不同的消能减震装置的适用范围、适用的结构类型和经济性进行进一步的研究，为今后的实际工程作参考。
参考文献
[1]王社良.抗震结构设计[M].武汉，武汉理工大学出版社，2007.
[2]张建业.消能减震技术[J].中外建筑，2005(4):23-27.
[3]JGJ297-2013,建筑消能减震技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.