防屈曲支撑研究进展综述

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1、CMYK综合论述防屈曲支撑研究进展综述张志1董姣2（1广州大学土木工程学院；2五邑大学土木建筑学院）【摘要】防屈曲支撑(BRB)是一种兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式，其具有良好的滞回特性，在拉压情况下都可以充分屈服而不屈曲，作为地震作用下的主要耗能部件，可有效保护结构主要梁柱的安全。本文综述了防屈曲支撑的基本组成形式及受力机理，介绍了近年国内相关研究进展，并指出了有待进一步研究的问题。【关键词】防屈曲支撑；受力机理；应用1引言力，而外部约束构件则是为了保证防屈曲支撑在受压时不会屈服，从而使防屈曲支撑无论是受拉还是受压都有中国是地震频发的国家，根据过去一百年的统计，较为良好

2、的性能，以提高防屈曲支撑的耗能性能。防屈全球约三分之一的地震发生在中国，因地震而造成的死[3]曲耗能支撑的纵向构成主要分为三个部分:约束屈[2]亡人数更是占了全球近一半。其中，房屋建筑的倒塌服段、约束非屈服段、无约束非屈服段，如图2。和破坏是造成人员伤亡和直接经济损失的主要原因。在目前的工程技术中，对于高宽比较大的高层建筑结构，通常采用支撑阻尼元件来耗散地震能量，目前人们认为最有效的支撑元件是防屈曲支撑。防屈曲支撑是金属屈服耗能阻尼器，它是利用芯材的塑性变形将地震能量转化为金属分子的内能。相对于普通支撑，防屈曲支撑具有良好的滞回性能、较高的屈服承载力。防屈曲支撑设计，可以在小震或通常

3、风荷作用下不屈服，而只图1芯材横向组成作为普通构件，在大震时才开始耗能工作。防屈曲支撑无论在受拉或受压情况下芯材都可能发生屈曲，消耗大量的地震能量，减小地震对建筑物的影响。在地震作用下，结构刚度越大对地震的响应就越大，设计人员在满足结构的承载力要求下，尽可能减小图2芯材纵向组成结构刚度来减小地震作用，布置防屈曲支撑是很好的方2.2截面形式法。因此，防屈曲支撑在耗能减震领域得到广泛的应用，目前广泛使用的防屈曲支撑截面形式多种多样，其并具有广阔的发展前景。[4]基本截面形式如图3所示。其中，芯材有一字型、十字2防屈曲支撑的基本原理形、工字形、圆管形和方管形等。其中，图e-图k中的芯2.1

4、基本组成防屈曲支撑一般由芯板材料、套管及无黏结填充材料组成，如图1。其中芯板是主要受力构件，主要材料为屈服钢或者碳钢，套管为普通钢制套管，无黏结填充材料为无黏结可膨胀材料，如混凝土、橡胶、聚乙烯、硅胶、乳胶等。填充材料与芯材间留有一定的间隙，以容许芯材在受压时膨胀。防屈曲支撑主要由芯板承受拉力和压图3常见芯材截面形式CMYK综合论述[7]材仅由型钢包围，在芯材与套管之间没有填充混凝土或并且应保证截面改变率平缓，以避免应力集中。砂浆。防屈曲支撑在弹性阶段工作时如同普通支撑一样，2.3连接方式可为结构提供很大的抗侧移刚度，用于抵抗小震以及风[5]防屈曲支撑连接即防屈曲支撑芯材与主体节点板

5、荷载的作用。在合理的设计尺寸下，防屈曲支撑在弹连接，节点连接形式主要有以下三种连接形式：①两端塑性阶段工作时，由于制作加工等原因，初始挠度始终焊接型防屈曲支撑焊接连接；②两端高强螺栓型防屈曲不可避免地存在，因此在较小的轴向压力作用下，防屈支撑螺栓连接；③两端单铰型防屈曲支撑销轴连接。曲支撑的芯材将必然产生一个正弦半波的屈曲模态，随防屈曲支撑和普通支撑一样，芯材两端通过焊接、着压力作用的增长，钢材屈曲不断往更高阶的变形模态螺栓或铰接的方式与节点板连接。采用螺栓连接有利用发展。在芯材的屈曲变形过程中，约束单元始终保持着构件的安装和震后的维修或更换，而且防屈曲支撑固定对核心单元的抗侧向约束

6、，保证其不致于屈曲破坏，而于节点板上，有利于增加结构的整体性和抗震性。由于是处于轴向受压的受力状态，因此芯材宜采用低屈服点节点板是保证防屈曲支撑工作的关键，其不能先于防屈钢材，使防屈曲支撑无论处于受拉或者受压状态，都能[6]曲支撑破坏或者失稳，采用焊接连接施工方便，且因节先于主体结构屈服，从而耗散输入结构的地震能量。点板的截面没有受到削弱，结构整体性较好，但焊缝连3防屈曲支撑在国内的相关研究接产生的残余应力易使结构发生脆性破坏，并进一步降低压杆稳定性。且焊接结构具有连续性，局部裂缝一经2007年李俞谕等介绍了防屈曲约束支撑内部关于产生便很容易扩展到整体。而采用单铰连接，由于搭接内核单

7、元、外围约束单元和无粘结材料的共同受力机长度的减少，约束屈服段可相应增加，从而使参与屈服理，并列出在相同截面面积条件下，对普通支撑框架与的长度增长，从而减少轴向应变。防屈曲支撑两端的夹屈曲约束支撑框架进行对比试验后分别得出的滞回曲板也有利于支撑整体稳定性的增强。线。通过普通支撑框架和屈曲约束框架的结构变形图和单向水平加载下的荷载-位移曲线，说明了屈曲约束支2.4受力机理[6]撑的优越性。防屈曲支撑在结构中起承担轴向力的作用，该轴向2010年徐继东等介绍了一