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减震建筑中金属型阻尼器的累积塑性变形需求:以2023年土耳其双强震为例
来源:ERA期刊 | 作者:山东震研小编 | 发布时间: 2024-07-18 | 2798 次浏览 | 分享到:
地震是一种极具破坏性的自然现象,可能造成严重的人员伤亡和财产损失,对人类社会的可持续发展构成重大威胁。城乡建筑和基础设施是社会正常运行的载体,在地震中也是首当其冲的承灾体。提升这些工程设施的抗震能力,是减轻地震灾害损失的根本保障。云南省地标针对BRB的耗能能力的要求超过了美国AISC341的6倍有余!另一方面,我国的相关规范为了便于检测,通常要求规定BRB能够经受某一设计位移幅值下的30圈等幅加载而不发生明显的承载力退化。云南省地标将这一要求进一步提高到了60圈。


地震是一种极具破坏性的自然现象,可能造成严重的人员伤亡和财产损失,对人类社会的可持续发展构成重大威胁。城乡建筑和基础设施是社会正常运行的载体,在地震中也是首当其冲的承灾体。提升这些工程设施的抗震能力,是减轻地震灾害损失的根本保障。

出现于二十世纪八九十年代的消能减震技术是减轻工程结构地震损伤的有效途径。通过在建筑主体结构中合理设置专门用于耗散地震能量的装置(又称阻尼器),可以有效控制结构的地震反应,减少地震造成的损伤。按照耗能机制的不同,附加于建筑结构用于消能减震的阻尼器一般可分为金属型、黏滞型和摩擦型等不同种类。其中,以屈曲约束支撑(Buckling restrained brace, BRB)为代表的金属型阻尼器因其高延性、低成本、长耐久等特点而在建筑工程中得到了广泛应用。BRB由钢芯(steel core)和约束构件(restrainer)两部分组成。当支撑在建筑结构中承受轴力作用时,钢芯在约束构件的保护下可以发生很大的塑性变形而不会失稳,从而可以有效地耗散地震能量,保护主体结构免受地震破坏。



作为特殊的消能减震构件,BRB在应用于实际工程前需要经过专门的实验检验,以测试其各项力学性能是否满足相关规范要求。其中,累积塑性变形(cumulative plastic deformation, CPD)能力是评价BRB耗能能力的最重要指标。长期以来,各国学者通过材料和构造等层面的创新,为提升BRB的累积塑性变形能力开展了大量研究。然而另一方面,针对BRB在实际强震中的累积塑性变形需求的研究却显有报道。不同国家的相关规范和标准中规定的BRB累积塑性变形需求差异很大,如1所列。差异有多大呢?例如,美国钢结构抗震规范(AISC341-16)只要求BRB能够经受相当于200倍屈服变形Dy的累积塑性变形,我国上海市地标的这一要求则高达720倍;去年刚刚制定颁布的云南省地标更是将这一要求提高到1200倍的等效屈服位移Dy,eq。考虑到等效屈服位移Dy,eq通常大于屈服变形Dy,云南省地标针对BRB的耗能能力的要求超过了美国AISC3416倍有余!另一方面,我国的相关规范为了便于检测,通常要求规定BRB能够经受某一设计位移幅值下的30圈等幅加载而不发生明显的承载力退化。云南省地标将这一要求进一步提高到了60圈。

200倍、720倍还是1200倍?30圈还是60圈?这固然不是个单纯的科学问题,但这些决策背后的科学意义却不容忽视。建筑在其设计基准期内遭遇一次罕遇地震(即通常所说的“大震”)的概率仅为