工学论文：某博物馆结构防屈曲支撑减震分析

    摘要: 防屈曲支撑( BRB) 作为一种金属屈服耗能支撑构件，克服了普通支撑受压屈曲的缺点，在地震中具有良好的耗能能力和延性。针对某实际博物馆工程加普通钢支撑的原方案和替换为防屈曲支撑后的加固方案，分别分析在小震和大震作用下结构的柱顶加速度、柱底力和层间变形等指标，对比两种加固方案的效果。结果表明，在小震下，防屈曲支撑相当于普通支撑，仅为结构提供侧向刚度，减少结构侧向变形和柱底内力; 在大震下，防屈曲支撑具有良好的滞回性能，有效限制了楼层最大位移和最大加速度，其综合性能明显优于普通支撑。
　　关键词: 钢框架; 防屈曲支撑; 普通支撑; 耗能; 地震反应分析
　1 防屈曲支撑概述防屈曲支撑从组成单元上，一般包括钢芯( 分为工作段、过渡段和连接段三段) 、填充材料和外包钢管三部分，如图 1 所示。在防屈曲支撑工作时，利用中间约束屈服段( 即过渡段) 的塑性变形来实现滞回耗能。支撑可以为框架和排架结构提供很大的抗侧刚度和承载力 。但普通支撑在很大轴压力下会发生屈曲，滞回曲线呈现捏拢现象 ，耗能能力削弱。防屈曲耗能支撑正好弥补了这一缺陷。在小震下，防屈曲支撑的作用等同普通支撑，可以提高结等·某博物馆结构防屈曲支撑减震分析构的抗侧刚度，又能分担一部分的水平地震力。在大震情况下，由于外筒体的约束作用，防屈曲支撑的软钢芯材可以充分达到拉压屈服强度，通过工作段的弹塑性变形来耗散大量的地震能量，使结构主体仍处于弹性或弹塑性受力范围。在震后，遭受损坏的防屈曲支撑易于更换，形成主体结构的"保险丝效应"。因而防屈曲支撑相对于普通支撑的安全性和经济性更加显着。下面将具体结合实际工程，分析防屈曲支撑的减震加固效果。
　　2 工程概况某博物馆为二层钢框架结构，平面整体呈三角交叉型布局，空间模型如图 4 所示。该建筑位于七度抗震设防区，设计基本地震加速度为 0． 15g，设计地震分组为第一组，场地类别为 II 类。原建筑结构分别在一层柱单元 1、单元 2、单元 3、单元 4、单元 5、单元 6、单元 7 之间设有四根柱间支撑，其余一层柱间无支撑，支撑布置如图 5 所示。
　　对于附有柱间支撑的原框架结构，支撑为结构提供侧向刚度和分担部分水平力。但是小震情况下，部分柱单元( 单元 1、单元 2、单元 5、单元 7) 的轴力和侧向变形还是比较大; 而在大震作用下，普通支撑一旦发生屈曲，其刚度将接近于零，致使结构的整体刚度迅速退化，结构在大震作用下的抗震性能便难以保证。因而对该工程，拟采取柱间加设防屈曲支撑的加固方案。
　　3 结构抗震方案的确定3． 1 结构模型建立本研究采用 Midas 的结构模块进行模型的时程分析。
　　3． 2 防屈曲支撑的布置方案及型号选择本工程防屈曲支撑的布置采用基于支撑与框架年刚度比的布置原则。经分析，防屈曲支撑的布置方案同普通支撑布置方案。
　　防屈曲支撑的设计，一方面要提高防屈曲支撑的刚度，让其早期屈服，另一方面又要保证芯材工作段屈服后的稳定性要求。在本方案选择防屈曲支撑的型号时，根据普通支撑结构在小震下线弹性支撑力大小的 1． 5 倍，确定防屈曲支撑的屈服承载力，进而根据以上原则确定防屈曲支撑的其他性能参数，各项性能参数详见表 1。选用的防屈曲支撑 Brace1、Brace4的钢芯采用 A = 3． 8 × 104mm2的箱形截面，Brace2、Brace3 的钢芯采用 A = 1． 936 × 104mm2的工字形截面。