王佳佳　孫　超

（航天長征化學工程股份有限公司　北京　101111）

1　引言

煤氣化裝置中由于工藝布置的特點等因素，較多的裝置廠房結(jié)構(gòu)采用鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。震害經(jīng)驗表明，單一抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的破壞程度往往高于雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)體系屬于雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。在地震作用下，鋼支撐形成結(jié)構(gòu)的第一道防線，混凝土框架為第二道防線，滿足結(jié)構(gòu)抗震計算中多道設(shè)防的要求。屈曲約束支撐是一種既可以為結(jié)構(gòu)提供較大抗側(cè)剛度和承載力，又可以通過鋼材屈曲耗散地震能量以保護主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)良抗震構(gòu)件。在煤氣化裝置中采用屈曲約束支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)體，將極大的提高結(jié)構(gòu)的延性和抗連續(xù)倒塌的能力，采用屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)體系，可以全面實現(xiàn)抗震設(shè)防三水準“小震不壞、中震可修、大震不倒”的性能目標要求。本文將著重論述屈曲約束支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)形式在高烈度地區(qū)抗震性能。

2　約束屈曲支撐的工作原理

屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐或BRB（Buckling restrained brace），日本及美國等過在該領(lǐng)域都進行立大量的試驗研究和工程設(shè)計應(yīng)用。研究結(jié)果及實際應(yīng)用效果表明，屈曲約束支撐在彈性階段可以為結(jié)構(gòu)提供很好的剛度和充分的承載力，在彈塑性階段可以起到較好的耗能減震的作用。

屈曲約束支撐一般有內(nèi)部核心部件與外包構(gòu)件組成，使支撐構(gòu)件在反復荷載作用下屈服而不屈曲。內(nèi)部核心構(gòu)件一般由延性較好的低屈服點鋼材組成，外包構(gòu)件有鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)組成。

屈曲約束支撐是一種無論受拉還是受壓都能達到全截面屈服的軸向受力構(gòu)件。為避免芯材受壓時整體屈曲，使其在受拉和受壓時都能達到屈服，在套管內(nèi)灌注填料來約束芯材，保證芯材不會發(fā)生面外失穩(wěn)。因此，屈曲約束支撐在受壓和受拉時具備同樣的剛度和承載力。

與普通鋼支撐相比，屈曲約束支撐具有以下特點：

（1）剛度和承載力的可設(shè)計性更強：普通鋼支撐的剛度往往由穩(wěn)定性控制，從而導致其承載力可設(shè)計性不強；而屈曲約束支撐的承載力可以完全由截面大小來確定，不必考慮截面過小而引起的穩(wěn)定性問題。

（2）避免人字型支撐中的剪力不平衡：以往的震害表明，普通鋼支撐以人字形布置時，在不發(fā)生失穩(wěn)時，人字撐兩端帶給上部結(jié)構(gòu)梁的合力方向為水平向；但當受壓一側(cè)支撐由于喪失承載力時，會帶給上部結(jié)構(gòu)梁額外的剪力，造成梁剪切破壞。

（3）提供更大的變形能力和更優(yōu)的低周疲勞性能：屈曲約束支撐芯材為高性能軟鋼，具有更大的變形能力和底周疲勞性能。

（4）提供穩(wěn)定的滯回耗能能力，消能減震：屈曲約束支撐是一種位移型阻尼器，芯屈服后可以提供很強的滯回耗能能力，為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼，從而減小地震作用。

3　約束屈曲支撐抗震性能分析

本文以實際工程為背景，著重研究約束屈曲支撐-混凝土框架的抗震性能。

3.1　工程概況

該裝置為煤氣化裝置中的渣及灰水裝置，該裝置結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防分類為乙類；抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，設(shè)計基本地震加速度為0.2g；設(shè)計地震分組為第一組；建筑場地類別為Ⅲ類；設(shè)計特征周期值0.45s；結(jié)構(gòu)抗震等級為一級。

該裝置為地上四層現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑總高度30.5m，應(yīng)工藝流程布置的要求，建筑層高分布不均勻，樓板存在較大開孔，質(zhì)量分布不均勻，樓層平面長寬比較大，結(jié)構(gòu)布置屬于特別不規(guī)則建筑。

3.2　方案選型

本工程擬采用兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，對比分析結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，采用更合理的結(jié)構(gòu)形式以滿足工程需求。分別選取混凝土框架和采用屈曲約束支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)。分別對混凝土框架和采用屈曲約束支撐-混凝土框進行多遇地震下的彈性計算分析和罕遇地震作用下的彈塑性計算分析。

4.破膜引苗 播種12—15天左右，幼苗長出2—3片真葉，且幼苗葉片頂膜后及時破膜引苗。不及時破膜會造成燒苗現(xiàn)象。

3.3　屈曲約束支撐的布置原則

屈曲約束支撐布置位置在滿足工藝流程的前提下應(yīng)布置在其能最大限度的發(fā)揮耗能作用的位置：

（1）地震作用效應(yīng)較顯著的位置。

（2）地震作用樓層層間位移較大的樓層。

（3）約束屈曲支撐應(yīng)沿兩個受力主軸分別布置。

采用屈曲約束支撐時，宜采用人字形支撐，成對布置的單斜桿支撐形式，不應(yīng)采用K形或X形，支撐與柱夾角宜在35～55°之間[1]。

3.4　地震波輸入

對不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行時程分析時，應(yīng)選取不少于三組加速度時程曲線。并應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組采用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，其中實際強震記錄的數(shù)量不應(yīng)少于2/3[1]。

模型進行時程分析計算時，主分量峰值加速度取400cm/s2，主分量峰值加速度、次分量與豎直分量的加速度的比值為1：0.85：0.65。

3.5　阻尼的選取

阻尼比在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域是結(jié)構(gòu)動力學的一個重要概念，指阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比。對于結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)的情況，結(jié)構(gòu)的阻尼比一般取0.045，或按混凝土遇鋼支撐不同材料分別采取不同的阻尼比；在罕遇地震作用下彈塑性分析阻尼比取0.05。

3.6　控制參數(shù)的選取

屈曲約束支撐-混凝土框架在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限制宜控制在1/600～1/700；罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限制宜控制在1/80[4]。

3.7　抗震驗算對比分析

對混凝土框架、屈曲約束支撐-混凝土框架兩個模型進行多遇地震及罕遇地震作用下動力彈塑性時程分析后，就結(jié)構(gòu)周期、間位移角做簡要對比分析，闡述屈曲約束支撐對混凝土框架抗震性能的改善。

3.7.1結(jié)構(gòu)周期對比分析

由于結(jié)構(gòu)平面長寬比較大，結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻，質(zhì)量中心與結(jié)構(gòu)剛度中心不重合，使混凝土框架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)明顯；通過布置屈曲約束支撐，通過調(diào)整支撐布置，使結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與結(jié)構(gòu)剛度中心趨于重合，很好的改善了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)受力趨于合理（見表1）。

3.7.2層間位移角對比分析

多遇地震作用下計算結(jié)果表明，設(shè)置屈曲耗能支撐明顯提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，層間位移角降低約20%（以首層為例），使結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足抗震設(shè)計要求；罕遇地震作用下計算結(jié)果表明，屈曲支撐設(shè)置有效的降低了層間位移，層間位移角降低約41%（以首層為例），較好的控制了結(jié)構(gòu)的變形。

表1　周期對比分析

表2　層間位移角對比分析

4　結(jié)論與建議

煤氣化廠房采用屈曲約束支撐-混凝土框架在多遇及罕遇地震作用下均具有良好的抗震性能。通過對比分析混凝土框架結(jié)構(gòu)與屈曲約束支撐-混凝土框架表明：

（1）設(shè)置屈曲約束支撐后，可以有效的調(diào)整由于工藝布置原因帶來的結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心不重合而導致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的問題，改善混凝土框架的抗震性能。

（2）設(shè)置屈曲約束支撐后，框架結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度顯著提高，彈性及彈塑性層間位移角明顯降低。

屈曲約束支撐-混凝土框架在煤氣化裝置中具有良好的應(yīng)用前景。