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文檔簡(jiǎn)介
陜西省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)
屈曲約束支撐應(yīng)用技術(shù)規(guī)程
Technicalspecificationforapplicationofbucklingrestrainedbrace
(征求意見稿)
前言
根據(jù)陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳《關(guān)于下達(dá)2020年度工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)
劃的通知》陜建標(biāo)發(fā)[2020]4號(hào)文件的要求,本規(guī)程編制組經(jīng)過(guò)深入調(diào)查研究,
認(rèn)真總結(jié)我國(guó)屈曲約束支撐實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),制定本規(guī)程。
本規(guī)程共10章,主要技術(shù)內(nèi)容包括:1總則;2術(shù)語(yǔ)和符號(hào);3基本規(guī)定;
4屈曲約束支撐設(shè)計(jì);5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);6結(jié)構(gòu)連接;7性能檢測(cè);8施工;9驗(yàn)收;
10維護(hù)。
本規(guī)程由陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳負(fù)責(zé)歸口管理,陜西省建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)站負(fù)
責(zé)日常管理,陜西省建筑科學(xué)研究院有限公司負(fù)責(zé)具體技術(shù)內(nèi)容的解釋。執(zhí)行過(guò)
程中如有意見或建議,請(qǐng)寄送陜西省建筑科學(xué)研究院有限公司(地址:陜西省西
安市蓮湖區(qū)環(huán)城西路北段272號(hào),聯(lián)系電話郵編:710082,郵
箱:sxqqyszc@163.com)。
本規(guī)程主編單位:陜西省建筑科學(xué)研究院有限公司
北京堡瑞思減震科技有限公司
本規(guī)程參編單位:華南理工大學(xué)
西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司
成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司
中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司
長(zhǎng)安大學(xué)
中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司
中國(guó)啟源工程設(shè)計(jì)研究院有限公司
西安建筑科大工程技術(shù)有限公司
西安國(guó)家民用航天基地管委會(huì)
西安大興新區(qū)(土門地區(qū))綜合改造管理委員會(huì)建設(shè)局
中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司
陜西省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司
西安理工大學(xué)
西安交通大學(xué)
目次
1總則..........................................................................................................................1
2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)..............................................................................................................2
2.1術(shù)語(yǔ)...............................................................................................................2
2.2符號(hào)...............................................................................................................3
3基本規(guī)定....................................................................................................................6
4屈曲約束支撐設(shè)計(jì)..................................................................................................8
4.1材料與選型...................................................................................................8
4.2構(gòu)造...............................................................................................................9
4.3關(guān)鍵力學(xué)參數(shù).............................................................................................13
4.4整體穩(wěn)定.....................................................................................................15
4.5局部穩(wěn)定.....................................................................................................18
5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................................................................21
5.1一般規(guī)定.....................................................................................................22
5.2結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法.................................................................................23
5.3子結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)定.........................................................................................26
6結(jié)構(gòu)連接................................................................................................................28
6.1構(gòu)造要求.....................................................................................................28
6.2屈曲約束支撐與節(jié)點(diǎn)板的連接.................................................................31
6.3節(jié)點(diǎn)板與預(yù)埋件的設(shè)計(jì).............................................................................35
7性能檢測(cè)................................................................................................................38
7.1檢測(cè)方法.....................................................................................................38
7.2驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).....................................................................................................39
8施工........................................................................................................................40
8.1一般規(guī)定.....................................................................................................40
8.2加工及運(yùn)輸.................................................................................................40
8.3屈曲約束支撐連接件的安裝.....................................................................41
8.4屈曲約束支撐的安裝.................................................................................42
8.5屈曲約束支撐的涂裝.................................................................................43
9驗(yàn)收........................................................................................................................45
9.1一般規(guī)定.....................................................................................................45
9.2進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收.....................................................................................................45
9.3施工驗(yàn)收.....................................................................................................45
10維護(hù)......................................................................................................................48
10.1一般規(guī)定...................................................................................................48
10.2維護(hù)要求...................................................................................................48
附錄A屈曲約束支撐鋼框架滑移式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流程..............................................50
本規(guī)程用詞說(shuō)明..........................................................................................................53
引用標(biāo)準(zhǔn)名錄..............................................................................................................54
1總則
1.0.1為了在建筑結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用屈曲約束支撐技術(shù),做到安全可靠、確保質(zhì)量、
技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,制定本規(guī)程。
【條文說(shuō)明】1.0.1目前國(guó)內(nèi)的屈曲約束支撐技術(shù)快速發(fā)展,科研成果不
斷積累,應(yīng)用屈曲約束支撐的工程數(shù)量不斷增多。制定本規(guī)程,是為了在確保工
程質(zhì)量的基礎(chǔ)上,大力發(fā)展屈曲約束支撐技術(shù),獲得更好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)
效益。
1.0.2本規(guī)程適用于抗震設(shè)防烈度為6~9度地區(qū),屈曲約束支撐產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制
作,以及采用屈曲約束支撐技術(shù)的建筑工程設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和維護(hù)。
【條文說(shuō)明】1.0.2本規(guī)程適用于屈曲約束支撐在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)
構(gòu)以及鋼-混組合結(jié)構(gòu)等工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
1.0.3屈曲約束支撐用于建筑結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)時(shí),整體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防目標(biāo)和性
能目標(biāo)應(yīng)與國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定保持一致,屈曲約束支撐在罕遇地震作用下
不應(yīng)失效。
1.0.4屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收與維護(hù),除執(zhí)行本規(guī)程外,尚應(yīng)符
合國(guó)家和陜西省現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件的規(guī)定。
1
2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)
2.1術(shù)語(yǔ)
2.1.1屈曲約束支撐buckling-restrainedbrace
亦稱“防屈曲支撐”,由核心單元、約束單元以及位于核心單元和約束單元之
間的無(wú)粘結(jié)材料或空氣間隙層組成,可利用鋼材塑性變形來(lái)消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量,
是一種能夠提供彈性剛度的抗側(cè)力構(gòu)件,包括耗能型屈曲約束支撐和承載型屈曲
約束支撐兩類。
【條文說(shuō)明】2.1.1屈曲約束支撐是一種通過(guò)鋼材軸向拉壓彈性變形來(lái)提
供彈性剛度的抗側(cè)力構(gòu)件,或利用鋼材拉壓塑性變形來(lái)消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量的一種
位移相關(guān)型消能器。
2.1.2耗能型屈曲約束支撐energydissipationbuckling-restrainedbrace
可以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和水平承載能力,作為結(jié)構(gòu)的主要耗能構(gòu)件使用,
先于主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服,不作為承受結(jié)構(gòu)豎向荷載構(gòu)件使用的屈曲約束支撐。
2.1.3承載型屈曲約束支撐non-energydissipationbuckling-restrainedbrace
可以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和水平承載能力,先于主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服但不考慮
屈服后的耗能能力,可作為承受結(jié)構(gòu)豎向荷載構(gòu)件使用的屈曲約束支撐。
2.1.4全鋼屈曲約束支撐all-steelbuckling-restrainedbrace
核心單元和約束單元均采用鋼構(gòu)件的屈曲約束支撐。
2.1.5屈服承載力yieldforce
屈曲約束支撐首次進(jìn)入屈服時(shí)的軸力。
2.1.6極限承載力ultimateforce
屈曲約束支撐能夠承受的最大軸向力,屈曲約束支撐承受的軸力超過(guò)該值后
認(rèn)為屈曲約束支撐失效。
2.1.7屈服位移yielddisplacement
屈曲約束支撐首次進(jìn)入屈服時(shí)所達(dá)到的軸向位移。
2.1.8設(shè)計(jì)位移designdisplacement
屈曲約束支撐在罕遇地震下所能達(dá)到的最大軸向位移。
2.1.9極限位移ultimatedisplacement
2
屈曲約束支撐在出廠時(shí)所允許產(chǎn)生的最大軸向位移。
2.1.10材料超強(qiáng)系數(shù)materialover-strengthfactor
屈曲約束支撐核心單元工作段所用鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)平均值與其屈服強(qiáng)
度標(biāo)準(zhǔn)值之比。
2.1.11應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù)strainhardeningfactor
屈曲約束支撐屈服后的受拉承載力與其屈服承載力之比。
2.1.12拉壓不平衡系數(shù)compressionstrengthadjustmentfactor
同等位移幅值下的屈曲約束支撐受壓承載力與受拉承載力之比。
2.1.13子結(jié)構(gòu)substructure
與屈曲約束支撐直接相連的主體結(jié)構(gòu)單元。
【條文說(shuō)明】本節(jié)匯總了本規(guī)程采用的與屈曲約束支撐相關(guān)的專門術(shù)語(yǔ)。
本規(guī)程中采用的其他術(shù)語(yǔ)遵循現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本術(shù)語(yǔ)和通用符號(hào)》
GBJ132、《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50083的規(guī)定。
2.2符號(hào)
α——通過(guò)時(shí)程分析所得到的屈曲約束支撐所在樓層在罕遇
地震下的最大層間側(cè)移角;
Ny——屈曲約束支撐的屈服承載力;
Nu——屈曲約束支撐的極限承載力;
Nd——承載型屈曲約束支撐在罕遇地震下的軸力設(shè)計(jì)值;
fy——核心單元工作段鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;
ηy——核心單元工作段鋼材的材料超強(qiáng)系數(shù);
ω——核心單元工作段鋼材的應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù);
β——屈曲約束支撐的拉壓不平衡系數(shù);
Ep——累積耗能系數(shù)
δp——累積塑性變形系數(shù)
Edi——屈曲約束支撐在第i次循環(huán)加載中的滯回環(huán)面積;
Es——屈曲約束支撐的彈性應(yīng)變能;
δy——屈曲約束支撐的軸向屈服位移;
|δtmax|i——第i次循環(huán)加載的受拉側(cè)最大位移絕對(duì)值;
3
|δcmax|i——第i次循環(huán)加載的受壓側(cè)最大位移絕對(duì)值;
Lb——屈曲約束支撐產(chǎn)品的長(zhǎng)度,對(duì)銷軸連接取為支撐兩端銷
軸孔心之間的長(zhǎng)度;
Ly——屈曲約束支撐核心單元的工作段長(zhǎng)度;
My——按邊緣纖維屈服準(zhǔn)則計(jì)算的約束單元抗彎承載力設(shè)計(jì)值;
Lt——約束單元的長(zhǎng)度;
a——屈曲約束支撐的跨中初始撓曲;
e1——帶端套筒銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)初始幾何缺陷;
e2——傳統(tǒng)銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)初始幾何缺陷;
α1——帶端套筒銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)彎矩放大系數(shù);
α2——傳統(tǒng)銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)彎矩放大系數(shù);
c——核心單元與約束單元之間沿平面內(nèi)方向的單側(cè)間隙值;
Pcr,t——約束單元?dú)W拉臨界力;
EIt——約束單元的抗彎剛度;
Ipt——核心單元過(guò)渡段截面的平面內(nèi)慣性矩與約束單元截面的平
面內(nèi)慣性矩之比;
Me——屈曲約束支撐連接段根部的平面內(nèi)彎矩設(shè)計(jì)值;
Ae——屈曲約束支撐連接段根部的截面面積;
We——屈曲約束支撐連接段根部截面的平面內(nèi)彈性抵抗矩;
Ie——屈曲約束支撐連接段根部截面的平面內(nèi)慣性矩;
α3——屈曲約束支撐連接段根部的平面內(nèi)彎矩放大系數(shù);
φ——屈曲約束支撐核心單元的連接段與工作段之間的相對(duì)轉(zhuǎn)角;
Le——無(wú)約束部分的屈曲約束支撐連接段長(zhǎng)度;
aey——無(wú)約束部分的屈曲約束支撐連接段長(zhǎng)度Le與工作段長(zhǎng)度
Ly之比;
Pcr,e——無(wú)約束部分的屈曲約束支撐連接段屈曲臨界力;
K——無(wú)約束部分的屈曲約束支撐連接段平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù);
L——位于梁柱表面之間的支撐軸線長(zhǎng)度;
——沿支撐軸線方向從約束單元一端到最近梁柱表面的長(zhǎng)度
4
與L之比;
e4——傳統(tǒng)銷軸式屈曲約束支撐連接段的平面內(nèi)初始幾何缺陷;
α4——傳統(tǒng)銷軸式屈曲約束支撐連接段的平面內(nèi)彎矩放大系數(shù);
σc——節(jié)點(diǎn)板有效寬度內(nèi)的應(yīng)力值;
be——節(jié)點(diǎn)板的有效寬度;
tg——節(jié)點(diǎn)板的厚度;
r——單位寬度節(jié)點(diǎn)板的平面外回轉(zhuǎn)半徑;
Kg——節(jié)點(diǎn)板的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù);
w
ft——對(duì)接焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
lw——焊縫長(zhǎng)度;
he——對(duì)接焊縫的計(jì)算厚度(mm),在對(duì)接連接節(jié)點(diǎn)中取連接件
的較小厚度,在T形連接節(jié)點(diǎn)中取腹板的厚度。
5
3基本規(guī)定
3.0.1屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,應(yīng)符合下列規(guī)定:
1屈曲約束支撐既可用于新建建筑,也可用于既有建筑的抗震加固和地震后
震損結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)。
2屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)使用年限宜不低于新建建筑的使用年限,以及既有建
筑的后續(xù)使用年限,且應(yīng)具有良好的耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。
3屈曲約束支撐的設(shè)置,應(yīng)便于檢查、維護(hù)和更換,當(dāng)遭遇設(shè)防地震或罕遇
地震后,應(yīng)對(duì)屈曲約束支撐進(jìn)行檢查和維護(hù)。
【條文說(shuō)明】3.0.1屈曲約束支撐為位移相關(guān)型阻尼器,與速度和加速度
響應(yīng)并不相關(guān),因此其不應(yīng)用于控制結(jié)構(gòu)的風(fēng)振效應(yīng)。
3.0.2屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的作用,應(yīng)符合下列規(guī)定:
1當(dāng)僅作為結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件只分擔(dān)水平荷載作用下引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí),不
改變結(jié)構(gòu)的豎向受力體系。
2對(duì)于大跨空間結(jié)構(gòu),屈曲約束支撐可分擔(dān)結(jié)構(gòu)在豎向和水平荷載作用下的
內(nèi)力。
【條文說(shuō)明】3.0.2屈曲約束支撐一般不參與結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)
力分配,而只承受地震作用或風(fēng)荷載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過(guò)合理的連接
構(gòu)造和施工順序?qū)崿F(xiàn)上述原則。若在大跨空間結(jié)構(gòu)中采用屈曲約束支撐作為主要
內(nèi)力桿件時(shí),可不受此條限制。
3.0.3屈曲約束支撐分為耗能型和承載型,其工作性能應(yīng)符合下列規(guī)定:
1耗能型屈曲約束支撐在多遇地震作用下應(yīng)保持彈性,在設(shè)防地震和罕遇地
震作用下可進(jìn)入屈服耗能。
2承載型屈曲約束支撐在多遇地震、設(shè)防地震作用下應(yīng)保持彈性狀態(tài),在罕
遇地震作用下,工作段應(yīng)保持彈性或可進(jìn)入少量塑性。
3在罕遇地震作用下,屈曲約束支撐不應(yīng)出現(xiàn)整體屈曲、局部屈曲、連接段
屈曲、節(jié)點(diǎn)板平面外屈曲、節(jié)點(diǎn)連接焊縫斷裂、預(yù)埋件連接失效等破壞。
4屈曲約束支撐的極限位移應(yīng)大于支撐設(shè)計(jì)位移的120%。
5屈曲約束支撐在雙向地震和單向地震下的平面內(nèi)工作性能差異不應(yīng)超過(guò)
15%。
6
【條文說(shuō)明】3.0.3屈曲約束支撐按其功能不同,可分為承載型和耗能型。
在結(jié)構(gòu)服役期間,承載型屈曲約束支撐主要為結(jié)構(gòu)提供彈性剛度,而耗能型屈曲
約束支撐可根據(jù)設(shè)計(jì)要求,為結(jié)構(gòu)提供彈性剛度或產(chǎn)生顯著塑性變形消耗振動(dòng)能
量。
3.0.4屈曲約束支撐的抽樣和檢測(cè)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求和本規(guī)程有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
3.0.5屈曲約束支撐的耐久性和維護(hù)應(yīng)滿足下列規(guī)定:
1屈曲約束支撐在出廠前應(yīng)進(jìn)行防腐處理。
2對(duì)需要承受豎向荷載作用的屈曲約束支撐,應(yīng)按主體結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行防火
處理。
3在經(jīng)過(guò)火災(zāi)高溫環(huán)境后,應(yīng)對(duì)屈曲約束支撐進(jìn)行檢查和試驗(yàn)。
4當(dāng)主體結(jié)構(gòu)遭受設(shè)防地震或罕遇地震作用后,應(yīng)對(duì)屈曲約束支撐進(jìn)行檢查,
并根據(jù)實(shí)際破壞程度對(duì)其進(jìn)行修復(fù)或更換。
3.0.6子結(jié)構(gòu)的工作性能應(yīng)符合下列規(guī)定:
1設(shè)置有耗能型屈曲約束支撐的子結(jié)構(gòu)在多遇地震下應(yīng)保持彈性,在罕遇地
震下宜進(jìn)入彈塑性狀態(tài),其延性性能不應(yīng)低于屈曲約束支撐在相應(yīng)地震作用下
的變形需求。
2設(shè)置有承載型屈曲約束支撐的子結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)可根據(jù)相應(yīng)子結(jié)構(gòu)在不
同地震水平下的實(shí)際功能進(jìn)行確定。
3在罕遇地震作用下,應(yīng)考慮屈曲約束支撐極限承載力對(duì)子結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)
進(jìn)行設(shè)計(jì),且子結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)承載力破壞。
【條文說(shuō)明】3.0.6為充分發(fā)揮耗能型屈曲約束支撐的耗能作用,相應(yīng)子
結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下宜進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。為保證耗能型屈曲約束支撐耗能作用
的持續(xù)發(fā)揮,相應(yīng)子結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的延性性能不應(yīng)低于屈曲約束支撐的
延性性能,且子結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)承載力破壞以可靠傳遞屈曲約束支撐的內(nèi)力。由于
承載型屈曲約束支撐不宜屈服耗能為主要目的,因此相應(yīng)子結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)
應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的功能要求進(jìn)行確定。
3.0.7鋼筋混凝土構(gòu)件作為屈曲約束支撐的支撐構(gòu)件時(shí),其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜
低于C30。
7
4屈曲約束支撐設(shè)計(jì)
4.1材料與選型
4.1.1屈曲約束支撐的鋼材材料選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:
1耗能型屈曲約束支撐的核心單元的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定:
1)強(qiáng)度等級(jí)不宜高于Q235,且不應(yīng)采用Q390及以上強(qiáng)度等級(jí)鋼材;
2)沖擊韌性等級(jí)不應(yīng)低于B級(jí),且應(yīng)有穩(wěn)定的屈服強(qiáng)度以及明顯的屈服
平臺(tái);
3)屈強(qiáng)比不應(yīng)高于0.8,斷后伸長(zhǎng)率不應(yīng)低于25%,相應(yīng)溫度下的沖擊韌
性功不應(yīng)低于27J。
2承載型屈曲約束支撐的核心單元可選用Q235、Q355、Q390、Q420等強(qiáng)度
等級(jí)鋼材。
3屈曲約束支撐的外約束單元應(yīng)具有足夠的抗彎剛度,可選用Q235、Q355、
Q390、Q420等強(qiáng)度等級(jí)鋼材。
【條文說(shuō)明】4.1.1耗能型屈曲約束支撐的核心單元工作段在設(shè)防和罕遇
地震作用下可進(jìn)入屈服耗能,故規(guī)定核心單元鋼材強(qiáng)度等級(jí)不宜高于Q235,且
應(yīng)具有優(yōu)良的塑性和韌性以及穩(wěn)定的屈服承載力。由于承載型屈曲約束支撐以提
供剛度為其主要目的,其核心單元可根據(jù)需要選用較高強(qiáng)度等級(jí)的鋼材。
4.1.2屈曲約束支撐核心單元可采用一字形、十字形、H形、箱形等截面形式。
【條文說(shuō)明】4.1.2同等屈服強(qiáng)度情況下,屈曲約束支撐核心單元截面面
積增大可提高屈服承載力和剛度。為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需要的屈服承載力,一般采用焊接
方式制作十字形、H形、箱形截面的核心單元,其低周疲勞性能要低于無(wú)焊接構(gòu)
件。
4.1.3屈曲約束支撐根據(jù)需求可采用外包鋼管混凝土型屈曲約束支撐、外包鋼筋
混凝土型屈曲約束支撐和全鋼型屈曲約束支撐等。
【條文說(shuō)明】4.1.3屈曲約束支撐約束單元的強(qiáng)度和剛度是影響核心單元
穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。支撐越長(zhǎng)對(duì)約束單元的剛度和承載力需求越高。在同等用鋼
量情況下,鋼管混凝土的抗彎剛度和承載力均優(yōu)于鋼構(gòu)件,但自重較大。因此約
束單元構(gòu)件類型的選取應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性、支撐的長(zhǎng)度、承載力以及現(xiàn)場(chǎng)
8
的施工吊裝能力等多方面因素選取。
4.1.4當(dāng)采用鋼管混凝土構(gòu)件作為約束單元時(shí),可采用強(qiáng)度等級(jí)為C30的自密
實(shí)混凝土,并根據(jù)澆注空間要求選取合適的粗骨料粒徑。當(dāng)采用全鋼型屈曲約束
支撐時(shí),應(yīng)保證約束單元的整體性。
【條文說(shuō)明】4.1.4內(nèi)填充材料的強(qiáng)度是防止屈曲約束支撐核心單元局部
屈曲的關(guān)鍵因素。理論和試驗(yàn)研究表明,C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土可較好地保證屈
曲約束支撐的局部穩(wěn)定性。由于核心單元與約束單元之間的可澆注空間較小,宜
采用粒徑較小的自密實(shí)混凝土作為填充材料。全鋼屈曲約束支撐的約束單元多采
用裝配式螺栓連接,與整體現(xiàn)澆構(gòu)件的整體性存在一定差異,因此應(yīng)從構(gòu)造上保
證其整體性。
4.2構(gòu)造
4.2.1耗能型屈曲約束支撐核心單元宜采用三段式構(gòu)造(圖4.2.1),沿長(zhǎng)度方向劃
分為工作段、過(guò)渡段和連接段,各段工作性能應(yīng)符合下列要求:
1工作段宜保持彈性狀態(tài)或進(jìn)入塑性狀態(tài)。
2在屈曲約束支撐的極限承載力作用下,連接段應(yīng)保持彈性狀態(tài)。
3在核心單元各段之間不應(yīng)出現(xiàn)截面突變,應(yīng)采用適當(dāng)漸變截面過(guò)渡減少應(yīng)
力集中。
4連接段及過(guò)渡段的板件應(yīng)保證不發(fā)生局部失穩(wěn)破壞。
5在屈曲約束支撐核心單元中部應(yīng)設(shè)置限位卡防止約束單元在重力下發(fā)生滑
脫以及在軸向拉壓過(guò)程中發(fā)生移位。
圖4.2.1屈曲約束支撐核心單元(焊接十字形)三段式構(gòu)造
4.2.2承載型屈曲約束支撐核心單元可采用僅包含工作段和連接段的兩段式構(gòu)
造(圖4.2.2),各段工作性能應(yīng)符合下列要求:
1在多遇和設(shè)防地震作用下,工作段和連接段均應(yīng)保持彈性。
2在罕遇地震作用下,連接段應(yīng)保持彈性,工作段應(yīng)保持彈性或可進(jìn)入少量
9
塑性。
圖4.2.2屈曲約束支撐核心單元(焊接十字形)兩段式構(gòu)造
【條文說(shuō)明】4.2.2耗能型屈曲約束支撐的塑性變形需求較大,宜采用三
段式構(gòu)造,避免工作段外露引起局部屈曲或變形集中引起的斷裂問(wèn)題。由于承載
型屈曲約束支撐主要在彈性范圍內(nèi)工作,因此可采用兩段式構(gòu)造以簡(jiǎn)化支撐構(gòu)造。
4.2.3采用十字、H形或箱形截面等焊接鋼構(gòu)件作為核心單元時(shí),板件之間的連
接焊縫應(yīng)符合下列要求:
1板件之間應(yīng)通過(guò)焊接進(jìn)行連接。
2連接焊縫高度宜為板厚的1/6~1/4且不小于5mm。
3耗能型屈曲約束支撐的工作段內(nèi)嚴(yán)禁出現(xiàn)對(duì)接拼接焊縫。
4耗能型屈曲約束支撐,應(yīng)采取有效措施減小連接焊縫對(duì)工作段低周疲勞性
能的不利影響。
【條文說(shuō)明】4.2.3耗能型屈曲約束支撐的工作段在大震下會(huì)出現(xiàn)顯著塑
性變形。當(dāng)核心單元采用焊接構(gòu)件時(shí),應(yīng)減小焊接對(duì)工作段低周疲勞性能和殘余
變形的不利影響。由于對(duì)接焊縫的焊接熱影響較大,延性較差,因此避免耗能型
屈曲約束支撐的工作段出現(xiàn)對(duì)接拼接焊縫。本條根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建
筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ99的有關(guān)規(guī)定結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),確定了核心單元各
板件之間的連接焊縫高度。
4.2.4工作段采用一字形核心單元的耗能型屈曲約束支撐,其連接段應(yīng)焊接加勁
肋形成十字截面,并應(yīng)采取有效措施減小加勁肋與工作段交界處的焊縫缺陷及應(yīng)
力集中對(duì)低周疲勞性能的不利影響。
【條文說(shuō)明】4.2.4當(dāng)屈曲約束支撐工作段采用一字形截面時(shí),核心單元
連接段應(yīng)焊接加勁肋以提高連接段的剛度和承載力。研究表明,當(dāng)采用如圖1(a)
所示構(gòu)造時(shí),由于一字形工作段直接與十字形過(guò)渡段相連,工作段與加勁肋交界
處的焊縫應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致工作段提前發(fā)生斷裂。根據(jù)相關(guān)的研究,對(duì)采用此構(gòu)造
的核心單元,可采取焊前對(duì)該交界位置進(jìn)行局部預(yù)熱,且施焊方向從連接段往工
作段方向進(jìn)行低電流焊接,并對(duì)交界位置的焊縫沿支撐軸向進(jìn)行局部圓滑打磨處
10
理,可有效減輕焊接缺陷對(duì)屈曲約束支撐抗震性能的不利影響,該方法可供實(shí)際
工程參考。根據(jù)國(guó)外學(xué)者研究,上述局部斷裂問(wèn)題也可通過(guò)采用如圖1(b)所示
的多段變截面核心單元構(gòu)造予以避免,其核心思想是把加勁肋焊縫應(yīng)力集中位置
設(shè)置在應(yīng)力水平較低的過(guò)渡段內(nèi),進(jìn)而減小因焊縫應(yīng)力集中引起的斷裂問(wèn)題。
(a)一字形核心單元構(gòu)造之一
(b)一字形核心單元構(gòu)造之二
圖1一字形核心單元的兩種常用構(gòu)造
4.2.5核心單元與約束單元之間,應(yīng)在約束單元內(nèi)外均留置相對(duì)變形空間(圖
4.2.5),相對(duì)變形空間之和應(yīng)與屈曲約束支撐的極限位移一致。
(a)三段式構(gòu)造的核心單元相對(duì)變形空間
(b)兩段式構(gòu)造的核心單元相對(duì)變形空間
圖4.2.5屈曲約束支撐的壓縮空間及過(guò)渡段約束長(zhǎng)度
【條文說(shuō)明】4.2.5屈曲約束支撐的核心單元與約束單元之間應(yīng)設(shè)置相對(duì)
變形空間以避免發(fā)生相互碰撞。支撐兩端相對(duì)變形空間之和實(shí)際上決定了屈曲約
11
束支撐的極限位移。
4.2.6耗能型屈曲約束支撐核心單元的過(guò)渡段應(yīng)伸入約束單元內(nèi),其單側(cè)約束長(zhǎng)
度(圖4.2.5)應(yīng)大于過(guò)渡段的外輪廓幾何尺寸,且應(yīng)大于1.2倍設(shè)計(jì)位移在單側(cè)所
產(chǎn)生的變形需求。
【條文說(shuō)明】4.2.6研究表明,對(duì)于耗能型屈曲約束支撐,當(dāng)核心單元過(guò)
渡段伸入約束單元內(nèi),且被約束長(zhǎng)度大于過(guò)渡段外輪廓幾何尺寸時(shí),可有利于提
高連接段的穩(wěn)定性。為避免過(guò)渡段在設(shè)計(jì)位移下被拉出約束單元,此處在設(shè)計(jì)位
移基礎(chǔ)上考慮1.5倍安全系數(shù)。
4.2.7耗能型屈曲約束支撐的核心單元工作段長(zhǎng)度應(yīng)滿足以下要求:
hcos
L(4.2.7)
y0.03
式中:Ly—工作段長(zhǎng)度(mm)
α—層間位移角(rad)
h—層高(mm)
θ—支撐軸線的水平夾角
d
Ly
αh
Ly
θ
圖4.2.6結(jié)構(gòu)層間變形與支撐軸向變形的幾何關(guān)系
【條文說(shuō)明】4.2.7研究表明,當(dāng)屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)位移不超過(guò)工作段
長(zhǎng)度的3%時(shí),其具有比較可靠和穩(wěn)定的滯回性能,因此宜通過(guò)核心單元工作段
的幾何長(zhǎng)度優(yōu)化以減小工作段在罕遇地震下的變形需求,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的滯回耗能特
性。
4.2.8屈曲約束支撐核心單元與約束單元之間應(yīng)通過(guò)設(shè)置無(wú)粘結(jié)層留置適當(dāng)?shù)?/p>
橫向間隙,該間隙不應(yīng)小于1.5倍設(shè)計(jì)位移下的橫向變形需求。
【條文說(shuō)明】4.2.8屈曲約束支撐核心單元工作段與約束單元之間應(yīng)設(shè)置
12
合適的間隙,以防止工作段在受壓變形下因泊松效應(yīng)對(duì)約束單元產(chǎn)生脹裂作用。
本條規(guī)定橫向間隙值不應(yīng)小于設(shè)計(jì)位移的1.5倍。
4.2.9屈曲約束支撐約束單元兩端應(yīng)采用封頭板進(jìn)行局部加強(qiáng),并驗(yàn)算封頭板及
其連接焊縫的承載力(圖4.2.9)。
圖4.2.9約束單元兩端封頭板
【條文說(shuō)明】4.2.9研究表明,屈曲約束支撐核心單元對(duì)約束單元端部會(huì)
產(chǎn)生局部擠壓力,該端部擠壓力可達(dá)屈曲約束支撐屈服承載力的5%,容易造成
約束單元端部發(fā)生剪切或劈裂破壞,因此應(yīng)采用封頭板對(duì)約束單元端部施加套箍
作用,并驗(yàn)算封頭板及其連接焊縫的承載力。
4.3關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)
4.3.1屈曲約束支撐的屈服承載力Ny和極限承載力Nu可按下式確定:
NyyfyAy(4.3.1-1)
耗能型:
NuNy(4.3.1-2)
承載型:
0.7NyNdNy時(shí),
NuNy(4.3.1-3)
Nd0.7Ny或NdNy時(shí),
Nu1.1Nd(4.3.1-4)
式中:
Ny—屈曲約束支撐的屈服承載力(kN);
Nu—屈曲約束支撐的極限承載力(kN);
Nd—彈塑性分析中,承載型屈曲約束支撐在罕遇地震下的軸力設(shè)計(jì)值(kN);
2
Ay—核心單元工作段的截面面積(mm);
13
2
fy—核心單元工作段鋼材的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm);
ηy—核心單元工作段鋼材的材料超強(qiáng)系數(shù),取值應(yīng)符合表4.3.1的規(guī)定,且
材性試驗(yàn)所得實(shí)測(cè)平均值不應(yīng)超過(guò)表中數(shù)值的15%;
ω—核心單元工作段鋼材的應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù),耗能型屈曲約束支撐,取值應(yīng)符
合表4.3.1的規(guī)定;
β—屈曲約束支撐的拉壓不平衡系數(shù),對(duì)耗能型屈曲約束支撐可取1.15;
對(duì)采用特殊構(gòu)造的耗能型屈曲約束支撐,或支撐長(zhǎng)度超過(guò)常用范圍,當(dāng)有充分依
據(jù)時(shí),應(yīng)根據(jù)有關(guān)試驗(yàn),按實(shí)際情況取值,但任何情況下均不應(yīng)超過(guò)1.3。
表4.3.1屈曲約束支撐核心單元的材料強(qiáng)度及強(qiáng)化系數(shù)
材料牌號(hào)鋼材厚度(mm)fy(MPa)ηyω
LY100——801.102.0
LY160——1401.102.0
LY225——2051.101.5
Q195——1951.151.5
t≤16235
Q23516<t≤402251.251.5
40<t≤100215
t≤16345
16<t≤40335
Q35540<t≤633251.101.5
63<t≤80315
80<t≤100305
【條文說(shuō)明】4.3.1屈曲約束支撐的屈服承載力應(yīng)根據(jù)核心單元工作段的
實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度平均值確定,并根據(jù)不同鋼材等級(jí)給出相應(yīng)于屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的材
料超強(qiáng)系數(shù),以此換算為實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度。研究表明,屈曲約束支撐屈服后存在明
顯的應(yīng)變強(qiáng)化,因此根據(jù)核心單元工作段的不同鋼材等級(jí)引入相應(yīng)的應(yīng)變強(qiáng)化系
數(shù)。
由于承載型屈曲約束支撐主要為結(jié)構(gòu)提供剛度,其軸力設(shè)計(jì)值可能遠(yuǎn)小于其
屈服承載力,此時(shí)若以實(shí)配截面確定的屈服承載力作為極限承載力的計(jì)算依據(jù),
可能過(guò)于保守,導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)軸力設(shè)計(jì)值需求過(guò)大。故本條規(guī)定,當(dāng)承載型屈曲約束
支撐在罕遇地震作用下的軸力設(shè)計(jì)值不高于屈服承載力的70%或不小于屈服承
載力時(shí),可按軸力設(shè)計(jì)值的1.1倍作為其極限承載力;當(dāng)軸力設(shè)計(jì)值高于屈服承
14
載力的70%但小于屈服承載力時(shí),可直接取屈服承載力作為其極限承載力。
4.3.2屈曲約束支撐構(gòu)件的軸向剛度計(jì)算應(yīng)符合下列要求:
1彈性階段:軸向剛度應(yīng)代表連接段、過(guò)渡段和工作段的彈性串聯(lián)剛度。
2彈塑性階段:軸向剛度應(yīng)代表連接段、過(guò)渡段的彈性剛度與工作段的屈服
后剛度的總串聯(lián)剛度。
4.3.3屈曲約束支撐的滯回耗能能力,可采用累積耗能指數(shù)Ep評(píng)價(jià),并按下式
計(jì)算:
Edi
Ep(4.3.3-1)
Es
ENsyy(4.3.3-2)
式中:
Edi—屈曲約束支撐在第i次循環(huán)加載中的滯回環(huán)面積(kN·mm);
Es—屈曲約束支撐的彈性應(yīng)變能(kN·mm);
δy—屈曲約束支撐的軸向屈服位移(mm)。
屈曲約束支撐累積延性可采用累積塑性變形系數(shù)δp評(píng)價(jià),并按下式計(jì)算:
[2()/4]
ptmaxiicmaxy(4.3.3-3)
式中:
|δtmax|i—第i次循環(huán)加載中滯回曲線的受拉側(cè)位移最大值的絕對(duì)值(mm);
|δcmax|i—第i次循環(huán)加載中滯回曲線的受壓側(cè)位移最大值的絕對(duì)值(mm)。
【條文說(shuō)明】4.3.3Ep為循環(huán)加載過(guò)程中屈曲約束支撐所累積的塑性耗能
與其彈性應(yīng)變能之比,δp則為循環(huán)加載過(guò)程中屈曲約束支撐所累積的塑性變形
與其彈性變形之比。
4.4整體穩(wěn)定
4.4.1屈曲約束支撐約束單元的抗彎剛度應(yīng)滿足以下要求:
1.5NL2
EIub(4.4.1)
t2
式中:
EIt—約束單元在平面內(nèi)和平面外方向的抗彎剛度最小值。當(dāng)采用鋼管混凝
土作為約束單元,應(yīng)忽略混凝土的剛度貢獻(xiàn)(N·mm2)。
15
Lb—屈曲約束支撐產(chǎn)品的長(zhǎng)度(mm)。
【條文說(shuō)明】4.4.1研究表明,當(dāng)約束單元的剛度不足時(shí)容易發(fā)生屈曲約
束支撐的整體屈曲破壞,而當(dāng)約束單元的歐拉臨界力達(dá)到屈曲約束支撐極限承載
力的1.5倍時(shí)具有較好的整體穩(wěn)定性,其中鋼管的抗彎剛度是主要影響因素???/p>
慮到混凝土在往復(fù)荷載下會(huì)產(chǎn)生開裂、剛度退化,因此可偏于安全地忽略混凝土
的貢獻(xiàn),僅取鋼管的抗彎剛度以簡(jiǎn)化計(jì)算。由于屈曲約束支撐可能發(fā)生平面內(nèi)或
平面外整體屈曲,此處的慣性矩應(yīng)指約束單元在平面內(nèi)和平面外兩個(gè)方向最小值。
工程設(shè)計(jì)人員可以此估算屈曲約束支撐的外輪廓尺寸,以此判斷對(duì)建筑使用功能
的影響。
4.4.2約束單元在平面內(nèi)和平面外方向的抗彎承載力均應(yīng)滿足以下要求:
Nau
My(4.4.2-1)
1/NPucr,t
2
EIt
Pcr,t=2(4.4.2-2)
Lt
式中:
Nu—屈曲約束支撐的極限承載力(N),按式4.3.1-4確定;
My—按邊緣纖維屈服準(zhǔn)則計(jì)算的約束單元抗彎承載力設(shè)計(jì)值(N·mm),對(duì)鋼
管混凝土約束單元,應(yīng)忽略混凝土的貢獻(xiàn);
Pcr,t—約束單元的歐拉臨界力(N),對(duì)鋼管混凝土約束單元,應(yīng)忽略混凝土的
貢獻(xiàn);
Lt—約束單元的長(zhǎng)度(mm);
a—屈曲約束支撐的跨中初始撓曲(mm),按Lb/500取值。
【條文說(shuō)明】4.4.2研究表明,雖然約束單元的抗彎剛度是影響屈曲約束支撐
整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,但整體屈曲的實(shí)質(zhì)仍是約束單元的受彎破壞。為便于計(jì)
算,可令核心單元對(duì)約束單元跨中所產(chǎn)生的最大彎矩設(shè)計(jì)值小于約束單元的邊緣
纖維屈服彎矩為依據(jù),對(duì)約束單元進(jìn)行整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)??紤]到可能發(fā)生平面內(nèi)
或平面外整體屈曲,應(yīng)對(duì)這兩個(gè)方向分別進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算,并選取相應(yīng)方向的
計(jì)算參數(shù)。需說(shuō)明的是,式4.4.2-1僅適用于屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)采用焊縫
或螺栓連接的情況,試驗(yàn)研究表明,該方法簡(jiǎn)單且具有足夠的精度。根據(jù)哈爾濱
16
工業(yè)大學(xué)和華南理工大學(xué)的研究成果,當(dāng)屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)采用銷軸連接
時(shí),約束單元的整體穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)考慮連接段轉(zhuǎn)動(dòng)彎曲的附加影響,與焊縫和螺栓
連接情況存在顯著區(qū)別。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用情況,銷軸連接分為帶端套筒的銷軸
連接以及傳統(tǒng)銷軸連接兩種不同連接段構(gòu)造,可分別按以下公式驗(yàn)算約束單元的
抗彎承載力:
(a)帶端套筒的銷軸連接型屈曲約束支撐
(b)傳統(tǒng)銷軸連接型屈曲約束支撐
圖2銷軸連接屈曲約束支撐的連接段構(gòu)造
端套筒:
My1e1Nu(1)
傳統(tǒng):
My2e2Nu(2)
1
1=
Nu2(3)
1(-16.76ro11.75ro0.32rr0.02)
Pcr,t
1
2=
Nu2(4)
1(7.04ro2.83ro0.17rc0.58Ipt1.2)
Pcr,t
2EI
t
Pcr,t=2(5)
Lt
ac2
e1=a+[](rorprr)(6)
2(1rorprr)rr
17
ac2
e2=a+[](rorprc)(7)
2(1rorprc)rr
r02L0Lb(8)
rcc2LLb(9)
rpp2LLb(10)
rrr2LLb(11)
式中:
e1——帶端套筒銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)等效初始幾何缺陷(mm)。
e2——傳統(tǒng)銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)等效初始幾何缺陷(mm)。
α1——帶端套筒銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)彎矩放大系數(shù)。
α2——傳統(tǒng)銷軸連接屈曲約束支撐的平面內(nèi)彎矩放大系數(shù)。
c——核心單元與約束單元之間沿平面內(nèi)方向的單側(cè)間隙值(mm)。
Ipt——核心單元過(guò)渡段截面的平面內(nèi)慣性矩與約束單元截面的平面內(nèi)慣性
矩之比。
Lo——銷軸連接接頭的長(zhǎng)度(mm)。
Lp——核心單元過(guò)渡段外伸長(zhǎng)度(mm)。
Lc——核心單元過(guò)渡段約束長(zhǎng)度(mm)。
Lr——端套筒與約束單元的搭接長(zhǎng)度(mm)
Lb——屈曲約束支撐產(chǎn)品的長(zhǎng)度(mm),對(duì)銷軸連接取銷軸孔心間距。
4.5局部穩(wěn)定
4.5.1屈曲約束支撐的局部穩(wěn)定性應(yīng)滿足下列要求:
1工作段不應(yīng)發(fā)生局部屈曲。
2約束單元不應(yīng)發(fā)生局部失效。
3工作段高階屈曲變形不應(yīng)影響屈曲約束支撐的滯回耗能穩(wěn)定性。
【條文說(shuō)明】4.5.1國(guó)內(nèi)外最新研究表明,除了整體穩(wěn)定問(wèn)題,屈曲約束
支撐工作段還可能在塑性狀態(tài)下發(fā)生高階屈曲(圖3),對(duì)約束單元會(huì)產(chǎn)生較大的
18
局部擠壓力進(jìn)而導(dǎo)致約束單元發(fā)生局部受彎或沖切破壞,而傳統(tǒng)的整體穩(wěn)定設(shè)計(jì)
方法無(wú)法有效防止此破壞模式的發(fā)生。此外,也可能在約束單元為發(fā)生局部破壞
的情況下,由于核心單元工作段板件寬厚比取值不合理或間隙取值太大,在大變
形下引發(fā)滯回耗能退化。為此,此處針對(duì)約束單元和核心單元分別提出了相應(yīng)的
局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)要求。
(a)高階變形強(qiáng)軸破壞(b)高階變形強(qiáng)軸破壞橫截面示意圖
(c)高階變形弱軸破壞(d)高階變形弱軸破壞橫截面示意圖
圖3屈曲約束支撐核心單元與約束單元之間的接觸力
4.5.2對(duì)于耗能型屈曲約束支撐,核心單元工作段的板件寬厚比應(yīng)滿足下列要求:
1當(dāng)核心單元工作段采用十字形或H形截面時(shí),工作段翼緣板件的寬厚比b/t
宜控制在3~5;
2當(dāng)核心單元工作段采用一字形截面時(shí),工作段板件寬厚比不應(yīng)大于15。
tb
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