屈曲约束支撑混凝土框架地震响应分.pdf
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1、 收稿日期收稿日期: 作者简介:作者简介:董劲松(1988),男,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生; 屈曲约束支撑混凝土框架地震响应分屈曲约束支撑混凝土框架地震响应分 摘摘 要:要:本文以一栋 5 层混凝土框架结构为背景,对其采用 TJ型屈曲约束支撑加固前后的结构进行了地 震作用下弹性及弹塑性分析,弹性分析采用振型分解反应谱法,弹塑性分析采用规范推荐的静力弹塑性分 析(push-over)方法,分析结果表明,在多遇地震下,屈曲约束支撑处于弹性状态,为结构提供刚度,在中 震及大震作用下,屈曲约束支撑屈服耗能,为保证结构的安全提供可靠性。 关键词:关键词:屈曲约束支撑;弹性;弹塑性;耗能 中图分类号
2、:中图分类号:TU375.4 文献标识码文献标识码: 文章编号文章编号: Analysis of the Earthquake Load Effects of concrete frame structure with Buckling Restrained Braces DONG Jin- song , ZHOU An , CHEN Li- jun (School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China) Abstract: Taking a buildin
3、g 5 layer of concrete frame structure as background, the elastic and elastic- plastic analysis are studied for the reinforced structure with buckling restrained braces of the type of TJ under the earthquake load, the elastic analysis is the mode analysis method by response spectrum, static elastic-
4、plastic(push- over) method is recommended by the code, the results shows that: when subjected to the frequent earthquake, the BRB are still in elastic state, and may provide stiffness for the structure, when subjected to the moderate and rare earthquake , BRB are taking the lead in yielding state, p
5、roviding reliability for safety of the structure. Key words: Buckling Restrained Braces ; elastic ; elastic- plastic ; energy- dissipation 0 引言引言 混凝土框架结构传统的抗震加固方法 有增设钢筋混凝土抗震墙法,加大截面法, 粘钢法, 粘贴碳纤维片材, 外包型钢等方法, 但由于加固后混凝土结构构件的截面尺寸 及配筋率等往往不能满足规范的要求, 所以 在工程应用中有局限性1。采用支撑框架体 系也在抗震加固工程中得到广泛的应用, 但 是由于传统的支撑框架在支撑
6、受压时会产 生屈曲, 往往需要通过加大截面来满足设计 要求,严重降低了其实用性和经济性。鉴于 此, 国外的研究者开发了一种受压时不会发 生屈曲的支撑,称为屈曲约束支撑。本文以 全国中小学抗震加固工程为背景, 研究了采 用屈曲约束支撑加固后混凝土框架结构的 抗震性能。 1 工程概况工程概况 本工程为 5 层混凝土框架结构, 系安徽 省长丰县朱巷中学综合楼主体部分, 结构平 面布置如图 1 所示。按照建筑抗震设计规 范 (GB50011-2010)及相关规范规定,本 工程建筑抗震设防类别为乙类, 抗震设防烈 度为度(0.1g),设计地震分组为第一组。 场地类别为类场地 2。柱截面尺寸有 500mm
7、500mm、550mm550mm、550mm 600mm、 600mm600mm, 梁截面尺寸有 300mm 700mm、300mm500mm、250mm700mm、 250mm600mm, 板厚 100mm,梁板柱的混凝土 强度等级均为 C25。 由原结构的抗震鉴定报告可知, 原结构 在水平地震作用下的承载力不满足要求, 且 框架类型为单跨框架,不符合规范要求。原 结构实物图及采用屈曲约束支撑加固后的 支撑立面布置如图 2 所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 图.1 结构平面布置图 1、8 轴支撑布置 4 轴支撑布置 (a)支撑
8、立面布置图 (b)原结构实物图 图. 2 2 屈曲约束支撑屈曲约束支撑 普通支撑在受压时会发生屈曲, 屈曲后 刚度和承载力大幅降低,在反复荷载作用 下,滞回性能很差。为解决此问题,在支撑 外部套管来约束支撑的受压屈曲, 从而使支 撑在受拉和受压情况下均可达到屈服状态。 屈曲约束支撑由三部分构成,即核心单元, 约束单元及脱层单元,图 3(a)为屈曲约束支 撑构造示意图。核心单元,即芯材,是主要 的受力单元,按照使用类型的不同,芯材可 以由低屈服点钢材或普通低碳钢以及高强 钢制成。对于耗能型屈曲约束支撑,芯材一 般由低屈服点钢材制成, 芯板在轴向力作用 下需能够产生足够大塑性变形, 从而达到耗 能
9、的目的。 约束单元即防止芯板发生屈曲的 外部屈曲约束机构, 主要由套管和填充材料 组成,填充材料可选用砂浆或混凝土。脱层 单元即在芯材和外部约束机构之间设有无 粘结膨胀材料或狭小空气层, 主要是为了减 小芯板受轴力时传给外部约束机构的轴向 力,屈曲约束支撑横截面如图 3(b)所示3。 本工程加固使用的支撑为上海蓝科钢 结构技术有限公司生产的 TJ型耗能型屈 曲约束支撑。 按照构造形式分类, TJ 型屈曲 表表 1 屈曲约束支撑型号及技术参数屈曲约束支撑型号及技术参数 轴号 楼层 BRB 型号 等效截面面积 (mm 2 ) 弹性刚度 (N/mm) 屈服后刚度比 1 1、2、3 层 TJ-E235
10、-20-3600 925 53958 0.01 PDF created with pdfFactory Pro trial version 4、5 层 TJ-E235-10-3600 465 27125 0.01 1、2、3 层 TJ-E235-20-6500 905 29238 0.01 4 4、5 层 TJ-E235-10-6500 450 14538 0.01 1、2、3 层 TJ-E235-20-3600 925 53958 0.01 8 4、5 层 TJ-E235-10-3600 465 27125 0.01 注:TJ表示型号,E235 表示耗能型,芯板材料为 Q235,后两项表示屈
11、服承载力(10KN)和支撑长度。 约束支撑有 TJ型和 TJ型两种型号,TJ- 型屈曲约束支撑的约束套筒采用方形或 矩形钢管,套筒和芯材之间无填充材料,通 过特殊的加劲肋设计实现对芯板约束屈曲 段的约束效应; TJ型屈曲约束支撑约束套 筒也采用钢管, 套筒和芯板之间采用填充材 料实现对芯板的屈曲约束作用。 按照使用功 能分类, TJ 型屈曲约束支撑有承载型支撑和 耗能型支撑两种, 承载型支撑仅能约束构件 屈曲。耗能型支撑不仅能保证构件不屈曲, 还能保证芯板屈服后的耗能能力。目前,屈 曲约束支撑主要的截面形式如图 3(c)所示。 (a)屈曲约束支撑构造示意图 (c)屈曲约束支撑截面形式 支撑节点
12、连接类型有焊接型, 螺栓连接型和 销轴连接型。 耗能型屈曲约束支撑的芯板采 用低屈服点钢材 (160Mpa 和 225Mpa) 或低 碳钢 (Q235) , 芯板材料性能满足以下要求: (1)强屈比不小于 1.2; (2)伸长率大于 25%; (3)具有常温下 27J 冲击功韧性。 本工程采用的屈曲约束支撑截面类型 为十字形,芯板材料为 Q235,节点连接类 型为焊接型,屈曲支撑布置形式如图 3(d)、 (e)所示。 屈曲约束支撑型号及主要技术参数 如表 1 所示。 (b)屈曲约束支撑横截面图 (d)屈曲约束支撑布置形式 (e)屈曲约束支撑布置形式 可屈服的芯材 砂 浆 钢套管 芯材和砂浆之间
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