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防屈曲支撑加固

名称:防屈曲支撑加固

分类:工程技术

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详细说明:
  
防屈曲支撑可为框架或排架结构提供很大的抗侧刚度和承载力(参见图1),采用支撑的结构体系在建筑结构中应用十分广泛。
普通支撑受压会产生屈曲现象,当支撑受压屈曲后,刚度和承载力急剧降低。在地震或风的作用下,支撑的内力在受压 
和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时,支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下滞回性能较差(参见图2)。
为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题,在支撑外部设置套管,约束支撑的受压屈曲,构成屈曲约束 
支撑(参见图3)。
屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接,所受的荷载全部由芯板 承担,外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲,使芯板在受拉和受压下均能进入屈服,因而,屈曲约束支撑的滞回性能优良(参见图4)。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷,另一方面具有金属阻尼器的耗能能力,可以在结构中充当“保险丝”,使得主体结构基本处于弹性范围内。因此,屈曲约束支撑的应用,可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能(参见表1-1)。
表1-1屈曲约束支撑框架与普通支撑框架的抗震性能比较
状态
传统支撑框架
屈曲约束支撑框架
主体结构
普通支撑
主体结构
屈曲约束支撑
小震
弹性
弹性
弹性
弹性
中震
弹性或塑性
弹性或屈曲
弹性
塑性(耗能)
大震
塑性
屈曲
弹性或塑性
塑性(耗能)
中、大震后
拆除损坏部分,影响建筑使用
检查屈曲约束支撑,更换不影响建筑物使用
 

产品优点

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与普通支撑相比,屈曲约束支撑具有以下优点:

承载力与刚度分离

防屈曲支撑的最大优点是其自身的承载力与刚度的分离。普通支撑因需要考虑其自身的稳定性,使截面和支撑刚度过大,从而导致结构的刚度过大,这就间接地造成地震力过大,形成了不可避免的恶性循环。选用防屈曲支撑,即可避免此类现象,在不增加结构刚度的情况下满足结构对于承载力的要求。

承载力高

抗震设计中,普通支撑的轴向承载力设计值为:

延性与滞回性能好

屈曲约束支撑在弹性阶段工作时,就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度,可用于抵抗小震以及风荷载的作用。屈曲约束支撑在弹塑性阶段工作时,变形能力强、滞回性能好,就如同一个性能优良的耗能阻尼器,可用于结构抵御强烈地震作用。

保护主体结构

屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力,在大震下可起到“保险丝”的作用,用于保护主体结构在大震下不屈服或者不严重破坏,并且大震后,经核查,可以方便地更换损坏的支撑。

减小相邻构件受力

当支撑为人字形或V字型布置时,由于普通支撑受压屈曲,受拉与受压承载力差异可能很大,而普通支撑的截面由受压承载力控制,但支撑受拉时其内力最大可达到受拉承载力,故与支撑相邻构件的内力由支撑受拉承载力控制。如采用屈曲约束支撑,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的内力(包括基础),减小构件截面尺寸,降低结构造价。

产品性能

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屈曲约束支撑一般由3部分构成,即核心单元、约束单元及滑动机制单元,其中核心单元即芯材,又称为主受力单元,是构件中主要的受力元件,由特定强度的钢板制成。常见的截面形式为十字形、T形、双T形和一字形等,分别适用于不同的刚度要求和耗能需求。约束单元又称侧向支撑单元,负责提供约束机制,以防止核心单元受轴压时发生整体或余部屈曲。比较常见的约束形式为钢管填充混凝土或纯钢型结构约束。滑动机制单元又称为脱层单元,是在核心单元与约束单元间提供滑动的界面,使支撑在受拉和受压时尽可能有相似的力学性能,避免核心单元因受压膨胀后与约束单元间产生摩擦力而造成轴压力的大量增加,这种滑动单元一般是由一些无粘结材料制作而成的。
如前所述,常见的屈曲约束支撑包括两种类型——灌浆型和纯钢型(图3-1),灌浆型指约束材料为混凝土材料,而纯钢型则指整个产品仅使用钢材的情况,灌浆型产品为早期产品,在各国使用较为广泛,而纯钢型则相对发展较晚,但由于其自身优势明显,已开始在各国大面积使用。
灌浆型与纯钢型屈曲约束支撑有如下优缺点:1、灌浆型由于使用混凝土做为填充材料,与纯钢型相比,其质量较为难以控制,而纯钢型则可直接使用成熟的钢结构加工方式进行加工,质量可严格控制到机械产品的精度;2、灌浆型由于产品本身使用混凝土灌浆料,而纯钢型一般内部为空心结构,因此灌浆型自重要比纯钢型大很多;3、灌浆型由于受其自身产品结构的限制,很难将截面做的很小,而同样吨位下,纯钢型则形式更为自由,体积更小。[2]   防屈曲约束的承载力由其自身芯材的截面和使用的钢材型号来进行控制,根据对于产品承载力的不同要求,芯板材料通常可采用低屈服点钢材(屈服强度160MPa和225MPa)、普通低碳钢(Q235钢)或其他高强钢(Q345钢Q390钢、Q420钢),也就是在同一种屈服力的情况下,我们可以使用很多的组合来达到这个目的,如需要的屈服力为235MPa,则如果使用Q235钢,取其芯材截面为1,而使用Q160钢则为了达到这个屈服力,其芯材截面就需要取到1*235/160=1.46,因此通常情况下只要在进行产品设计时选择合理的芯材截面,则不同的钢材屈服力将完全无法对产品的性能产生影响。
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