防屈曲耗能支撑应用现状及建议

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摘 要：介绍了防屈曲耗能支撑的原理、组成和应用现状，提出了关于防屈曲耗能支撑的一些合理化建议。

关键词：防屈曲耗能减震支撑；标准化

中图分类号：TE42 文献标识码：A

防屈曲耗能支撑由于具有性能稳定、减震效果显著、施工安装方便、经济等特点，从而成为目前研究和应用较多的耗能构件。我国对防屈曲耗能支撑的研究起步较晚，然而发展较快，特别是在理论研究方面，已经取得了不少的成果；在应用方面也取得了长足的进步。

一、防屈曲耗能支撑的原理和组成

防屈曲耗能支撑是一种受压时发生屈服而不发生屈曲的构件，其构造组成可从两方面来分析，即横向构成和纵向构成。横向构成主要由钢核心构件、外约束构件（钢管、混凝土等）和无粘结材料等三部分组成（如图1（a））；纵向构成分为5个部分（图2)：约束屈服段、约束非屈服段、无约束非屈服段、无粘结可膨胀材料和屈曲约束机构。

防屈曲耗能支撑形式多样，但基本原理相似，其工作原理为：支撑结构在地震作用下所承受的轴向力作用全部由支撑中心的芯材承受，该芯材在轴向拉力和压力反复作用下屈服耗能，而钢管和管内灌注的混凝土或砂浆给芯材弯曲提供约束，避免芯材受压时屈曲。由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料（由橡胶、聚乙烯、硅胶、乳胶等制成）或非常狭小的空隙层，可以减小或消除芯材受轴力时将力传给砂浆或混凝土。

图1（b）为防屈曲耗能支撑恢复力特性曲线，从中可以看出，防屈曲耗能支撑在受拉与受压时均能达到屈服而不发生屈曲，较之传统支撑构件具有更稳定的力学性能，因此，防屈曲耗能支撑同时具有同心斜撑和滞回型耗能元件的优点，具有良好的应用价值。

图1 防屈曲耗能支撑及其滞回曲线

二、防屈曲耗能体系的优点

防屈曲耗能体系与抗弯刚框架和普通支撑框架体系相比，主要有以下优点：

1.与抗弯刚框架相比，小震时防屈曲耗能支撑体系线弹性刚度高，可以很容易地满足规范的变形要求；

2.防屈曲耗能支撑可以在受拉和受压时都产生屈服而不屈曲或失稳，消除了普通支撑在受压时屈曲或失稳的问题，因而在强震时具有更强更稳定的耗能能力，如图1（b）所示；

3.防屈曲耗能支撑通过螺栓或铰连接到节点板，可避免现场焊接和检测，安装方便且经济；

4.防屈曲耗能支撑构件好比结构体系中可更换的保险丝，可保护其他构件免遭破坏，并且大震后，可以方便地更换损坏的支撑；

5.因为防屈曲耗能支撑的刚度和强度在设计支撑时很容易调整，所以防屈曲耗能支撑体系设计灵活；而且，在非弹性分析中可以方便地模拟防屈曲耗能支撑的滞回性能。

三、防屈曲耗能支撑国内外应用现状

1995年神户地震以后，防屈曲耗能体系在日本得到大量使用。日本是世界上使用防屈曲耗能支撑最多的国家，截至2004年为止，已有超过300栋的建筑物使用防屈曲耗能支撑（在日本称为Unbonded Brace；简称UB），同时日本也是发展防屈曲耗能支撑种类最多的国家，并且也是目前全球拥有专利权的制造厂商最多的国家。

美国在1994年Northridge地震以后，对于防屈曲耗能支撑也进行了研究和应用。2000年美国加州大学Davis分校植物与环境科学大楼建成，该结构采用了132根防屈曲耗能支撑作为抗侧力构件，成为美国第一栋使用防屈曲耗能支撑的结构。到目前为止，美国已经建成或正在建造的使用防屈曲耗能支撑的结构达30余栋, 大多数使用防屈曲耗能支撑的建筑物都在美国西部（加州最多）。

我国台湾近年建成了许多栋应用防屈曲耗能支撑的建筑。图6、图7分别是台湾文化大学体育馆的效果图和安装防屈曲耗能支撑后的照片。大陆地区正在建设的北京威盛大厦和北京银泰中心大厦也开始使用了防屈曲耗能支撑（如图8、图9），西部机电科技商务中心钢结构工程采用了日本新日铁株式会社的无粘结支撑。正在建设中的上海世博馆也将使用由上海蓝科公司和同济大学共同开发研制的TJI型屈曲约束支撑 。

图6 文化大学体育馆模型图 图 7文化大学体育馆BRB安装后照片

图8 银泰中心建筑群 图9银泰中心防屈曲支撑的安装

四、防屈曲耗能支撑存在的问题和建议

我国在防屈曲耗能支撑的研究已经很多，但是为什么在应用上采用的很少，笔者认为有主要以下几方面的原因：

1.在研究方面，虽然在数量上研究的很多，但是在深度方面有待加强；

2.在行业的标准方面，还没有一部专业的使用手册，没有应用的标准，这也限制了推广和应用；

3.缺少样板工程；

4.现在很多工程用的也是外国的产品，缺少有自己知识产权的产品，应用成本也很高，这就迫切希望有自己的产品。