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【钢结构·技术】心中有数,BRB芯材选择不再困难!

本文授权转载自公众号CABR工程咨询设计院

作者:巫振弘

  此刻坐在小编旁边愁眉紧锁的工程师很苦恼,他在纠结啥呢?

  原来是工程需要用到屈曲约束支撑(BRB)芯材,但是市场上常用的有Q345、Q235、LY225、LY160和LY100,又有号称承载型和耗能型屈曲约束支撑,有的支撑外套筒是混凝土的,有的则是钢的。同样吨位不同类型的支撑价格还差不少,性能众说纷纭,这么多类型到底选哪个?

  别急!认真阅读下文后,小编相信各位同行定会愁云尽散,做到心中有数。

  众所周知(jia zhuang zhi dao),BRB的原理是:在耗能芯材的外部包了一个无粘结约束套筒,使得屈曲约束支撑在受压时不失稳,从而在往复荷载下具备稳定的耗能性能。

  抓住一点,支撑的耗能性能跟芯材材质相关(套筒的事先不管他)。BRB屈服力取决于芯材横断面积,芯材越软,所需的钢材就越多。而同质量的软钢价格比普通钢的价格还要贵上好几倍。Here’s 第1个结论:同样屈服力下,钢越软耗材越多,BRB越贵。

  那么,你给我用这么贵的软钢BRB居心何在?

  稍安勿躁,请注意看下图,不同屈服点钢材的弹性模量是基本相同的,则屈服点越低的钢材屈服应变越小。对应于BRB,所用芯材屈服点越低,屈曲约束支撑的屈服位移就越小,越容易在小变形下发生耗能作用,同样变形滞回曲线包围面积则越大,耗能就越好。

  同时,软钢延伸能力要远好于普通钢,软钢做出BRB的大变形疲劳性能要比普通钢的强得多。So 第2个结论:钢软屈服早变形大,就是杠杠的。

   

  到这里我们已经接近了真相:软钢BRB性能好但是价格贵,选哪个?

  实际工程中,我们应当按照刚度需求和支撑屈服目标去选择屈曲约束支撑的材质。常规结构采用常规款Q235芯材的屈曲约束支撑大致够用。但当项目要求耗能早、耗能高,或是支撑的极限变形大的时候,我们就得要用软钢了。具体用到多软,主要看你想要的屈服时机,以及抗震性能和经济性。所以芯材的选择要全身协调,是门大学问。

  最近,清华大学施刚教授课题组开展了“高强钢柱-普通钢梁-低屈服点钢屈曲约束支撑三重抗震设防钢结构体系”抗震性能研究。课题组进行了Q345、Q460、Q690和Q890的高强钢结构主体分别与LY100、LY160和LY225钢材的屈曲约束支撑组成的消能框架结构体系的抗震试验研究。经过精细设计,试验结果完全实现了预期的设想:随变形增加,低屈服点钢屈曲约束支撑最先屈服,随后钢梁梁端屈服形成塑性铰,最后钢柱保持弹性或进入屈服。整个屈服机制符合三重抗震设防体系要求。

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  在试验中,结构最大层间位移角达到了1/25,屈曲约束支撑的最大变形达到了支撑长度的1/45。屈曲约束支撑在体系大变形试验中发挥了良好的滞回耗能作用,滞回曲线饱满,顺利达到了试验预期。还不错吧?

  最后,有热心网友又问了,我钱不多,想省钱性能差点也能接受,有没有办法?

  有啊,那就用Q345芯材的BRB啊。实际上,当有一些情况,比如网架里的细长受压杆,用BRB只是想提高受压承载能力,来根保险丝,并不需要过多耗能,那就用Q345的BRB就够用啦。这种支撑的疲劳性能比其他BRB的支撑差,但受压能力比普通支撑强,很多时候也被叫做承载型屈曲约束支撑。

  这下该选啥心中有数了,朋友们不必再纠结,哈哈!

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