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

四川建筑科学研究 第 卷第 期 年 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 ， ， 王泽军 （ 西安建筑科技大学， 陕西 西安 ； 陕西建筑设计研究院有限责任公司， 陕西 西安 ） 摘要： 以西安某 层框架为例， 在适当部位布置防屈曲耗能支撑后， 利用 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： 文献标志码： 文章编号： （ ） 引言 防屈曲耗能支撑（ ， 简 称 ）又 称 屈 曲 约 束 支 撑 （ ） 、 无粘结支撑（ ） 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 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。 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 层， 总高度 ， 其中首层 图 防屈曲耗能支撑的构成 层高 ， 其余层层高 ， 结构东西向长 ， 南北向长 。根据规范 相关条文， 该工程 设防烈度为 度， 设计基本加速度为 ， 设计地 震分组为第一组， 场地类别为类， 抗震等级为一 级。结构平面布置如图 所示。构件截面尺寸， ： 、 ； ： ； 楼板厚 。 其中一层混凝土强度等级为 ， 标准层为 。 图 结构平面 收稿日期： 作者简介： 冯曼（ ） ， 女， 硕士研究生， 研究方向： 高层结构设 计及抗震分析。 ： 原有结构抗震性能分析及防屈曲 耗能支撑布置方法 结构建模 结构采用 有限元计算软件建模， 楼板 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。 防屈曲耗能支撑在 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 ； 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 ； 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 ， 即双线性滞回模型。防屈曲耗能支撑 材料为 （ 软钢 ） ， 屈服承载力 ， 极限承载力 ， 数量 个。 工况分析 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 的相关规定， 水平地震影响系数最大值 为 ， 特征周期 为 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 法； 考虑偶然偏心影响， 结构整体阻尼取 。 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 （ 向平动） 、 （ 向平动） 及 （ 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 ， 满足规范小于 的 要求。 图 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， 向满足规范要求， 而 向 最大层间位移角出现在第 层， 为 ， 除了第 层， 其他层也已经超出了规范规定的 的限值。 图 规范标准反应谱工况下原有结构层间位移角 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 宜采用单斜形 和 形（ 倒 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 可以看出， 结构 在 向的层间位移较大， 因此支撑沿 向布置。如 图 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 防屈曲耗能支撑布置平面 防屈曲耗能支撑的时程分析 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 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 条人工模拟的加速度时程曲线。其中， 波、 波、 波作为 向地 震波输入结构； 波、 波、 波作为 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 。 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 （ 向平动） 、 （ 向平动） 及 （ 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 ， 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 、 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 层 向的层间位移角 不满足规范要求， 加支撑后降低了 。说明了 （ 下转第 页） 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 南京： 河海大学， ， ， ， （ ） ： ， ， 孙文林 在钢框架结构弹塑性分析中的应用研究 山 西建筑， ， （ ） ： 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 地震工程与工程振动， ， （ ） ： ， ， ： ， 高层民用建筑钢结构技术规程 ， （ ） ： ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， 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 （ 上接第 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 多遇地震作用下原结构与防屈曲耗能 支撑框架结构 向层间位移角比较 图 多遇地震作用下原结构与防屈曲耗能 支撑框架结构 向层间位移角比较 结语 ） 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。 ） 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。 ） 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： 高层建筑混凝土结构技术规程 建筑抗震设计规范 周云 防屈曲耗能支撑结构设计与应用 北京： 中国建 筑工业出版社， 葛冬生， 等： 型偏心支撑钢框架倒塌储备能力分析