1、    屈曲約束支撐在某宿舍樓減震效果的應用研究    董蘇媛陳亮摘要：屈曲約束支撐是結構減震設計中常用的元件，如何評價布置屈曲約束支撐后結構減震效果，是結構界關注的熱點。本文以曲靖地區某宿舍樓工程為例，研究設置防屈曲耗能支撐前后，結構在小震下的地震響應。通過對比剪力、側移的變化，研究了采用屈曲約束支撐的減震效果。研究結果為宿舍樓的減震效果給出了理論依據。關鍵詞：防屈曲耗能支撐；時程分析；小震分析；減震效果0引言屈曲約束支撐能承受拉、壓兩種狀態下往復作用，且不會出現屈曲現象。因此常作為減震元件用于結構的抗震設計。屈曲約束支撐的核心部分是約束芯材，通常采用

2、低屈服點鋼材制成，具有軸向拉壓剛度，且具有良好的滯回耗能性能。在結構中布置屈曲約束支撐時，既要考慮充分發揮其耗能性能，又要盡可能地減少對建筑的使用功能的影向。采用較多的屈曲約束支撐固然可以提高建筑的抗震性能，但是對建筑的影響也會很大。因此，有必要對布置屈曲約束支撐的減震效果進行評價，以確定合理的屈曲約束支撐數量與布置位置。本文以曲靖地區某宿舍樓工程為例，研究設置防屈曲耗能支撐前后，結構在小震下的地震響應。通過對比剪力、側移的變化，研究了采用屈曲約束支撐的減震效果，以便為宿舍樓的減震設計提供理論依據。1工程應用研究1.1工程概況曲靖地區某學生宿舍工程，建筑總面積為4447.7m2，抗震設防烈度7

3、度，設計基本地震加速度峰值為0.15g，設計地震分組第三組，類場地，場地特征周期0.45s，結構的阻尼比0.05。結構形式為框架結構，框架的抗震等級二級，設計使用年限為50年。1.2屈曲約束支撐布置結合建筑圖，研究確定在每層4個位置布置屈曲約束支撐（人字撐），總共布置結構下部的三層，總計采用24根屈曲約束支撐，屈曲約束支撐的設計參數如表1。屈曲約束支撐（brb）平面布置如圖1所示。1.3有限元模型的建立依據建筑設計，設計首先利用盈建科（以下簡稱：yjk）軟件建立結構分析模型，并對模型進行了初步分析，確定結構設計基本滿足要求，然后再將模型導入sap2000，布置屈曲約束支撐，對結構進行動力時程分

4、析。sap2000軟件建立的減震結構模型如圖2所示。由于結構的配筋設計通常采用yjk，而減震結構的計算又采用sap2000等有限元分析軟件。因此有必要對yjk和sap2000建立的同一結構模型進行對比分析，確保兩個軟件建立的模型一致。一般認為，當結構模型計算得到的質量、周期以及層間剪力差異不大，則認為兩個軟件建立的模型相同。采用yjk與sap2000分別對模型計算，得到的質量、周期值以及層間剪力及其誤差檢驗結果如表2、表3、表4所示。從表2可以看出，兩個軟件中結構質量差值為0.5%，從表3可以看出，兩個軟件中結構前三階周期最大差值為0.57%，差值均很小。從表4可以看出，兩個軟件中結構層間剪力

5、，最大差值為9.58%，發生在第6層（頂層），其他樓層的層間剪力相差較小。因此，綜合表2、表3與表4可知，用于本工程減震分析計算的sap2000模型與yjk模型，在結構質量、周期與各層剪力的差異不大，因此，兩模型基本一致?？梢岳胹ap2000建立的模型進行結構的減震分析。1.4地震波的選取依據建筑抗震設計規范（gb50011-2010）5.1.2條規定以及條文說明，工程選取了5條實際強震記錄和2條人工模擬加速度時程曲線，其中七條加速度時程曲線見圖3。在sap2000軟件中輸入加速度時程曲線，對非減震結構進行彈性時程分析，結果取包絡值。彈性時程分析結果與反應譜分析結果對比如表5所示。從表5可以

6、看出，結構的前三周期的水平地震影響系數，時程平均影響系數與反應譜影向系數的誤差最大3.06%。表6給出了分別基于反應譜計算與輸入加速度時程得到的模型底部剪力，通過模型底部剪力值的對比，可以看出分析選取的加速度時程合理。結合表5與表6可知，研究選取的地震波滿足規范要求，可以用于建立的模型的減震時程分析。1.5小震時程分析在sap2000分析中，彈性時程分析采用軟件所提供的快速非線性分析（fna）方法，即只考慮阻尼器的非線性、結構本身假設為線性。研究分別對減震結構與非減震結構模型對比分析，研究屈曲約束支撐對結構動力響應的本工程小震下采用的地震加速度時程的最大值為55gal。1.5.1層間位移角計算

7、結果對比與分析表7給出了減震結構與非減震結構層間位移對比結果。從表7可以看出，無論是x方向，還是y方向，從一至四層，減震結構的層間側移值均小于非減震結構，而在五至六層，減震結構的層間側移值均大于非減震結構。模型的屈曲約束支撐布置在一至三層，這表明屈曲約束支撐的布置，較好地改善了結構的底部的側移。由于結構上部未布置屈曲約束支撐，導致結構上部的側移值較非減震結構反而有一定的增加。1.5.2層間剪力計算結果對比與分析表8給出了減震結構與非減震結構層間剪力對比結果。從表8可以看出，無論是x方向，還是y方向，從一至六層，減震結構的層間剪力值均大于非減震結構。這主要的原因是屈曲約束支撐為結構附加了剛度，結

8、構的周期減小，導致結構的地震力增加所致。1.6大震層間位移角計算結果與分析利用sap2000，對建立的減震模型進行大震彈塑性分析。在分析之前，需要對減震模型進行如下調整：主體結構框架梁、柱均定義塑性鉸；連接單元plastic（wen）模擬屈曲約束支撐。彈塑性時程分析過程考慮材料非線性，采用小變形假定，不考慮結構的幾何非線性。對于運動微分方程的求解，選擇程序提供的hilber-hughes-taylor逐步積分法。輸入t1、t2以及r1三條地震波，對減震結構進行大震下的時程分析。根據建筑抗震設計規范（gb50011-2010）規定，本工程大震下采用的地震加速度時程的最大值為310gal。減震結構

9、層間位移角計算結果見表9。從表9可以看出，減震結構x方向層間位移角包絡值為1/178，y方向層間位移角包絡值為1/184，表明減震結構大震下的層間位移角滿足規范要求。2結論本文采用時程分析法，輸入地震波，對布置屈曲約束支撐后的鋼筋混凝土框架結構宿舍樓的減震效果進行了分析，得到如下結論：小震下，布置屈曲約束支撐后，結構的下部樓層的層間側移值較未布置屈曲約束支撐結構的側移值減少，而上部樓層的層間側移值較未布置屈曲約束支撐結構的側移值增加。小震下，布置屈曲約束支撐后，減震結構的周期小于非減震結構，因此減震結構的剪力較未布置屈曲約束支撐結構的剪力值有所增加。附加防屈曲耗能支撐后，大震作用下，結構的層間位移角滿足規范要求，滿足“大震不倒”的要求。e