1、金屬耗能結(jié)構(gòu)構(gòu)件減震技術(shù),李國強 同濟大學,基本概念,基本概念,結(jié)構(gòu)構(gòu)件 耗能構(gòu)件（阻尼器） 結(jié)構(gòu)耗能構(gòu)件 結(jié)構(gòu)耗能構(gòu)件設計要求,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的功能,提供結(jié)構(gòu)剛度 提供結(jié)構(gòu)承載力,支撐框架結(jié)構(gòu),P,抵抗靜力（如風）,消耗結(jié)構(gòu)地震輸入能量,結(jié)構(gòu)耗能越好，結(jié)構(gòu)地震反應越小。,哈哈,耗能構(gòu)件的功能,耗能構(gòu)件（阻尼器）的分類,位移型阻尼器 提供結(jié)構(gòu)剛度,速度型阻尼器 不提供結(jié)構(gòu)剛度,F,V,耗能結(jié)構(gòu)構(gòu)件,偏心支撐梁段,定義： 同時具備耗能功能和結(jié)構(gòu)功能的構(gòu)件,耗能結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計要求,滿足風、地震下的正常使用結(jié)構(gòu)剛度要求 滿足重力、風、小震下的承載力要求 中震、大震下盡量耗能減震 滿足中震、大震下塑性變形低周

2、疲勞要求 滿足易更換要求,耗能鋼支撐減震技術(shù) 屈曲約束（防屈曲）支撐,普通支撐：地震下易屈曲破壞,1995年, 日本阪神地震,2008年, 汶川地震, 支撐防屈曲問題,屈曲約束支撐的概念,屈曲約束支撐構(gòu)件組成示意圖,通過外加套筒，約束支撐不發(fā)生屈曲。,屈曲約束支撐的優(yōu)點 具有結(jié)構(gòu)功能的耗能阻尼器,屈曲約束支撐的優(yōu)點,承載力高 普通支撐軸向承載力設計值 屈曲約束支撐軸向承載力設計值 承載能力比普通支撐提高2-10倍,減小相鄰構(gòu)件受力 普通支撐受壓屈曲，受拉與受壓承載力差異很大，支撐的內(nèi)力由支撐受壓承載力控制，而與支撐相鄰構(gòu)件的內(nèi)力由支撐受拉承載力控制。,屈曲約束支撐的優(yōu)點,屈曲約束支撐受拉與受壓

3、承載力差異很小，可大大減小與支撐相鄰構(gòu)件的內(nèi)力。,大大減小人字型支撐因受壓支撐屈曲產(chǎn)生的不平衡力對梁的影響,很大不平衡力,屈曲約束支撐的優(yōu)點,循環(huán)加載累積軸向塑性變形 200 by by為支撐軸向屈服變形,美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范規(guī)定ANSI/AISC 341-05,屈曲約束支撐最大累積塑性變形要求,屈曲約束支撐最大變形要求,中國建筑抗震設計規(guī)范(GB50011) 結(jié)構(gòu)層間要求,支撐最大容許軸向變形,加載制度,1 防屈曲支撐試驗應按以下加載幅值及順序進行：依次在1/300、1/200、1/150、1/100支撐長度的拉伸和壓縮往復各3次變形。 2 滯回曲線應飽滿、穩(wěn)定，最后一級變形第3次循

4、環(huán)的承載力應不低于歷經(jīng)最大承載力的85%。,2008年上海市標準高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)程 2010年國家標準建筑抗震設計規(guī)范,中國屈曲約束支撐性能標準,TJ-I型BRB支撐: 純鋼約束型,TJ-II型BRB支撐：填充約束型,構(gòu)造難點： 連接段不壓折,國產(chǎn)屈曲約束支撐研制,TJ型屈曲約束支撐試驗,TJ型屈曲約束支撐試驗結(jié)果,TJ型屈曲約束支撐試驗結(jié)果,性能與境外產(chǎn)品相當， 部分指標的要求更高， 價格低，供貨周期短。,日本新日鐵支撐,TJ型支撐,TJ型屈曲約束支撐與境外產(chǎn)品對比,應用效果,結(jié)構(gòu)共8層，層高一層4.2米，以上各層3.6米。橫向框架間距為8.4米，2.5米，8.4米；縱向間距為8.4米，

5、共6榀。 結(jié)構(gòu)地震烈度為8度0.2g。II類場地的ELCENTRO波,附加節(jié)點質(zhì)量：100kN 恒載線載：50kN/m 活載線載：20kN/m 柱截面：箱型 4004001212 梁截面：HN500200,屈曲約束支撐：TJ-d160 屈服噸位為160T 核心面積8631mm2 承載力設計值為1464kN,普通支撐方案，支撐截面為屈曲約束支撐等效核心面積1.8倍,應用效果,大震分析結(jié)果與對比,大震分析結(jié)果與對比最大層間位移曲線,屈曲約束支撐方案 普通支撐方案,大震分析結(jié)果與對比最不利塑性狀態(tài),屈曲約束支撐方案 普通支撐方案,替代了日本進口產(chǎn)品 采用了108根TJI型防屈曲支撐 降低工程用鋼量約

6、2000噸 節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)部分造價2400萬元,上海世博中心,采用了24根TJII型防屈曲支撐 支撐屈服承載力1000噸、長度為17m，世界超大防屈曲支撐 節(jié)省工程造價700萬元,上海虹橋交通樞紐,(總建筑面積：150萬m2),東方體育中心,采用普通支撐： 300mm 采用屈曲約束支撐： 200mm,鐵路天津西站,人民日報社新主樓,中國商用飛機總裝廠房,采用防屈曲支撐的世界最高建筑 世界最大防屈曲支撐工程（支撐屈服承載力3600噸、長度為48m）,天津117大廈,(高度：597m),甘肅玉樹紅旗小學,TJ型BRB應用推廣情況,已用于全國26個?。ㄊ校┑?00多個重大和重要工程 出口國外,耗能鋼板剪

7、力墻減震技術(shù) 屈曲約束（防屈曲）鋼板墻,缺點：在水平剪力作用下易面外屈曲，滯回曲線捏攏嚴重,普通鋼板剪力墻,普通鋼板剪力墻典型的滯回曲線,屈曲約束鋼板墻基本組成,屈曲約束鋼板墻滯回曲線,優(yōu)點：在水平剪力作用下不發(fā)生屈曲，滯回曲線飽滿,大高寬比墻,三種屈曲約束鋼板墻,小高寬比墻,開縫墻,混凝土蓋板約束芯板構(gòu)造,鋼箱蓋板約束芯板構(gòu)造,兩種屈曲約束鋼板墻的約束板,芯板,蓋板,試驗架,帶混凝土板的鋼板剪力墻,試驗框架和反力架,沒有捏攏現(xiàn)象,板厚 試件1：30mm 試件2：25mm 試件3：25mm 材料 兩端板：Q345 中間板：BLY225,芯板,加載裝置,試件1,試件2,試件3,彎曲桿的 寬厚比

8、b/t 高寬比 l/b,開豎縫屈曲約束鋼板墻試驗,開豎縫屈曲約束鋼板墻試驗,鋼板墻框架,柱,芯板,鋼箱蓋板（內(nèi)部構(gòu)造）,梁,試件1：單調(diào)加載 試件2：反復加載 試件3：反復加載,單調(diào)加載試件頂層曲線,單調(diào)加載試件底層曲線,屈曲約束鋼板剪力墻與 框架柱中剪力比率,試件I與試件II滯回曲線對比,大高寬比鋼板,A = 鋼板表面積 As = Hb0,大高寬比墻,小高寬比墻,大高寬比鋼板,2 屈服承載力,Mp 屈服彎矩 Qp 純剪切屈服剪,屈曲約束鋼板墻：剛度與承載,將鋼板墻等效成支撐 等效支撐距離鋼板墻邊緣的偏心距e 如果鋼板墻不靠柱，e=0 如果鋼板墻靠柱， e=50mm,工程應用- 框架結(jié)構(gòu),中國

9、博覽會會展綜合體，總建筑面積147萬m2。建成后將成為世界上規(guī)模最大的會展綜合體。,商業(yè)中心單體,防屈曲鋼板墻的布置,解決了門洞對結(jié)構(gòu)布置的影響問題 不受荷載方向變化的影響 參與承擔豎向荷載 墻板尺寸達7m高x3m寬,最不利組合下應力云圖,2.3倍設計荷載作用下,1倍設計荷載作用下,耗能連梁（墻）減震技術(shù),尼加拉瓜美洲銀行,林同炎T. Y. Lin（1912-2003） 美國加州大學伯克利分校教授，美國林同炎國際顧問公司名譽董事長，第一位亞裔美國工程院院士，中國科學院外籍院士，1986年獲美國國家科學獎,18層框筒-聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu),連梁,20世紀60年代尼加拉瓜大地震，美洲銀行僅連梁處輕微破壞

10、，而周邊建筑倒塌,原因： 1）小震和風作用時，連梁聯(lián)系聯(lián)肢墻整體工作，剛度較大； 2）中震、大震時，連梁屈服，聯(lián)肢墻獨立工作，結(jié)構(gòu)剛度減小、周期增長、地震作用減小，同時連梁屈服耗能減震。,耗能鋼連梁 -聯(lián)肢剪力墻,耗能鋼板墻-聯(lián)肢剪力墻,優(yōu)點： 剛度與原實體墻相當 屈服限制在鋼板墻 墻整體延性好，震后便于修復 墻耗能減震,耗能鋼連梁（鋼板墻）聯(lián)肢剪力墻設計方法,1）混凝土墻的整體分析可參照傳統(tǒng)聯(lián)肢墻，采用連續(xù)化方法或有限元方法 2）鋼連梁（鋼板墻）的設計原則為：小震不壞、中震和大震鋼連梁（鋼板墻）先于混凝土墻屈服 3）設Vd為混凝土墻小震下底部剪力，鋼連梁（鋼板墻）按Vd下不屈服設計 4）混凝土墻按1.35Vd下不屈服設計,Vd,鋼連梁（鋼板墻）與混凝土墻連接節(jié)點設計要求,該節(jié)點的承載力，應大于考慮強化影響的鋼連梁（鋼板墻）極限承載力 該節(jié)點的構(gòu)造，應考慮便于混凝土墻的施工和鋼連梁（鋼板墻）極限的現(xiàn)場安