杨菊，强寒丹，仇冬

（江苏省常州建设高等职业技术学校，江苏常州，213016）

1 约束屈曲支撑(BRB)的工作原理

1.1 BRB的基本构造

约束屈曲支撑的基本构造[1]是：受力单元及侧撑构件之间涂上无粘结可膨胀材料或者不使用任何无粘结材料，并在受力单元及侧撑构件间预留一定的空隙，以便形成滑移界面，同时为了保证轴力只沿受力单元传递，只有受力单元与框架结构连接(如图1)。通常用的受力单元是钢板，而侧撑构件是钢管。

图1 BRB的基本构造

1.2 BRB工作原理

滑移界面允许受力单元和侧撑构件之间发生相对滑动（如图2）。侧撑构件约束了受力单元的横向变形，同时也防止了受力单元受压时的整体屈曲，即在受拉和受压时都达到了屈服。这样使受力单元达到非常高的应力水平，超过了受力单元材料的屈服强度，使滞回曲线稳定饱满，在地震反复荷载下具有良好的滞回耗能性能。

图2 屈曲约束支撑工作原理

2 研究现状

在我国，约束屈曲支撑的研究才刚刚起步，许多学者对此展开了研究。

台湾大学蔡克铨等研究了无粘结材料对约束屈曲支撑抗震性能的影响，并开发了双套筒双内核约束屈曲支撑[2]，见图3。该种支撑两个套筒内各自插入一片内核单元，组合后的两个内核单元端部夹住节点板进行连接，解决了传统型约束屈曲支撑需要设置拼接板与框架连接而造成连接长度过长、螺栓多、有效约束区短等问题，并对这种支撑进行了理论和试验分析。

台湾大学陈正诚等制作了3组共12个试件[3]，其内核受力单元均采用A36矩形钢板，约束单元分别采用钢筋混凝土、钢管混凝土和组合钢管，进行对比试验研究。结果显示，所有支撑均具有较高的耗能能力。

台湾逢甲大学的蔡崇兴和刘育诚提出了简易强化式约束屈曲耗能支撑[4]-[5]，并申请了专利，见图4。这种支撑构造简单，无需使用无粘结材料，侧撑构件和主受力构件一端采用一体成形方式，另一端采用分离式，并进行了实验研究。

图3 双钢管约束屈曲支撑的连接

图4 简易强化式约束屈曲支撑构造示意图

清华大学的刘建彬对约束屈曲支撑进行了有限元数值分析和构件稳定性的研究。通过对支撑整体和局部稳定分析，给出了实现支撑约束屈曲所需的约束套筒的刚度和承载力要求，并提出了支撑与框架连接段的简化计算方法。

同济大学的邓长根、申波[6]、哈敏强等对约束屈曲支撑的稳定问题进行了理论推导、数值分析、试验研究，并且对设置约束屈曲支撑的钢框架结构进行了弹塑性时程分析，并试图将约束屈曲支撑的应用范围推广至空间结构。

哈尔滨工业大学李妍、吴斌等对一字形外包钢管的约束屈曲支撑阻尼器进行了试验研究[7]：静力往复试验和子结构拟动力，其中静力往复试验结果表明,约束屈曲支撑阻尼器具有很好的抗震特性和耗能性能，拟动力试验结果表明,地震作用下钢支撑阻尼器结构的抗震能力有了很大的提高,能非常有效地降低结构的最大位移。

湖南大学陈煜、河北工业大学董艳英[8]用有限元程序分别对一字型截面和对十字形截面的约束屈曲耗能支撑的受力过程进行了模拟,并对约束屈曲耗能支撑框架结构的设计应用进行了探讨和总结。

兰州理工大学王秀丽及其学生对约束屈曲支撑在大跨网壳结构中的运用进行了大量的研究[9]。

清华大学郭彦林提出了几种新型装配式约束屈曲支撑[10]，见图5、6。该种支撑由常用的各种型钢通过螺栓连接起来，少焊接、无混凝土浇筑。文献中给出了这种支撑的设计理论与方法，包括支撑的约束比要求以及约束构件捆绑作用如何实现,然后对由其衍生出的一种屈曲延迟性构件的计算原理进行介绍,最后对约束屈曲支撑框架的抗震性能及其设计理论进行探讨与展望。

图5 槽钢与工字型钢组合的双核防屈曲支撑

图6 四个方矩管捆绑组成的防屈曲支撑

广州大学周云等人针对约束屈曲耗能支撑端部容易破坏和缺乏低屈服点钢的情况，提出一种新的约束屈曲耗能支撑设计思想[11]，即“核芯单元局部削弱相当于其它部分加强”，并给出“开孔式”和“开槽式”两种新型约束屈曲耗能支撑方案，见图7，利用在芯材管上开孔或开槽的方法实现屈服段和非屈服段的分工。

图7 三重钢管约束屈曲耗能支撑构造设计图

南京工业大学郑廷银、杨菊、徐士云、强寒丹对双T形矩形钢管约束屈曲支撑分别进行了有限元研究和试验分析，探讨其抗震性能[12]。

上海同济大学李国强等人自主研发了TJ约束屈曲耗能支撑[13]，对其进行试验研究，并通过国家建设部科技发展中心专家组的检验，论证其具有良好的力学性能，还给出了TJ约束屈曲支撑的具体设计方法，目前该种支撑已在大量实际工程中使用。

3 国内应用现状

约束屈曲支撑具有自重轻、安装方便且布置灵活等优点，因此能降低建筑结构基础成本、加快工程进度。近年来，国内的某些高层建筑尝试使用约束屈曲支撑，见表1、表2。

表1 台湾约束屈曲支撑（BRB）应用现况

表2 中国大陆约束屈曲支撑（BRB）部分应用现况

4 结语

屈曲约束支撑应用于建筑工程是经济、有效、实用、可靠的方法，可取得显著的经济效益和社会效益，具有工程应用价值。

目前遇到的最大障碍是屈曲约束支撑设计理论和方法的严重滞后，设计人员无章可循。《建筑结构抗震设计规范》（GB50001-2010)修订时增加了消能减震结构的设计方法规定，但给出的仅仅是原则性的条款，对约束屈曲支撑和防屈曲支撑钢框架并无针对性条文[14]，而且屈曲约束支撑大部分都为专利技术，这也给该技术的发展和在国内的广泛应用造成了很大的了限制。

为促进屈曲约束支撑在我国的发展，需要加快研制出具有自住知识产权的新型屈曲约束支撑，并能建立与常用结构分析软件的接合关系，同时制定出相关的施工规范。

[1]谢强.屈曲约束支撑的研究进展及其应用[J].钢结构,2006,21(1):46-48.

[2]蔡克铨,黄彦智,翁崇兴.双管式挫屈束制(屈曲约束)支撑之耐震行为与应用[J].建筑钢结构进展,2005,7(3):1-8.

[3]陈正诚.韧性同心斜撑构架与韧性斜撑构材之耐震行为与设计[D].台湾:国立台湾大学,2000.

[4]刘育诚.简易强化式挫屈束制斜撑之试验与分析[D].台湾:逢甲大学,2005.

[5]蔡崇兴,陈文信,杨丰旗.新型屈曲约束斜撑(RBRB)元件测试与模拟[J].工程抗震与加固改造,2008,30(4):114-119.

[6]申波.轴压套管构件静力稳定性能的理论与试验研究[D].上海:同济大学,2007.

[7]李妍,吴斌,王倩颖.防屈曲钢支撑阻尼器的试验研究[J].土木工程学报,2006,39(7):9-14.

[8]董艳英.阻屈耗能支撑(BRB)系统耗能的全过程有限元分析[D].石家庄:河北工业大学,2005.

[9]白生学.带BRB的单层椭球形网壳的动力弹塑性分析[D].兰州:兰州理工大学,2010.

[10]郭彦林,江磊鑫,王小安等.一种全钢结构防屈曲耗能支撑[P].中国: 200920106791.0，2010.1.27.

[11]邓雪松,邹征敏,周云.开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究与有限元模拟[J].土木工程学报.2010,43(12):41-49.

[12]强寒丹.双T形内核与角钢约束屈曲支撑力学性能研究[D].南京:南京工业大学,2012.

[13]李国强,胡宝琳,孙飞飞等.国产TJI型屈曲约束支撑的研制与试验[J].同济大学学报(自然科学版)，2011,39(5):631-636.