連云港石化產業基地公用工程島項目屈曲約束支撐（BRB）技術應用

劉彬權

摘 要：隨著我國經濟技術的迅速發展，在高層建筑的耐震總體設計方法中，已產生了剛柔性隔振、減震、消振等技術屈曲約束支撐在建筑工程中運用得更為普遍。由于屈曲約束支撐構造簡單，減震耗能效果顯著可靠并且經濟合理，因此可以廣泛應用于采用鋼材和水泥等復合構件的大中型土木工程建筑物，也可以廣泛用于單層建筑物、多大型高層建筑;不僅適用于新建建筑中，還適用于對已建建筑的耐震加固與在地震后恢復。它能夠有效改善建筑物的耐震安全特性，可以進一步延長建筑物的使用壽命，其經濟性和社會效益都非常可觀。將利用實際工程案例比對屈曲約束支撐（BRB）技術應用進行闡述，以供參考。

關鍵詞：屈曲約束支撐;BRB原理;耐震

中圖分類號：TU447 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0022-03

0 引言

連云港石化產業基地公用工程島項目一期工程位于連云港市徐圩新區，緊鄰黃海。主廠房為汽機房、除氧間、煤倉間組成的四列式布置的前煤倉，縱向跨度43.5 m，橫向長度171.5 m，最高點44 m。從提高結構的抗震能力的角度考慮，汽機房外側A排、主廠房縱向B、C、D排選用抗震性能好的現澆鋼筋混凝土，采用框排架-屈曲約束支撐結構體系。在平面布置中，主廠房分2個獨立單元，單元間設變形縫，采用雙柱、雙屋面梁，插入距1.5 m;汽機基座采用島式布置，與主廠房結構完全分開，其結構布置簡單、規則對稱、整齊合理、受力簡潔。

1 地質條件及設計抗震設防要求

屈曲約束支撐系統（BRB）廣泛應用于各種具備抗震條件的建設、改造和加固工程的建筑，特別適用于各類復雜構件、大空間大跨度的建筑中屈曲約束支撐的布置[1]。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），該工程屬于地震高烈度區，設計中采用耗能型（焊接）屈曲約束支撐。核心單元為十字型結構，而約束單元則為盒型構件，其框架的接頭型式則為全焊接十字形接頭。主廠房框架結構局部設置了屈曲支撐，以提高結構的剛度，從首層結構起始，屈曲支撐按照每層一道的原則設置至頂層，芯材質為Q235B，共282根，最重桿件為6 182 kg。工程抗震設計參數如表1所示。

2 BRB工藝原理

屈曲約束支撐（BRB）是一個能夠防止發生屈曲的結構支撐，包括了內部單位、約束單位和滑動機制單位等。盡管在構件應變相對很大的情形下，屈曲約束支撐仍然提供給構件結構良好的抗側強度，同時由于內部結構的高度屈服才能，在地動作用下也可以充分發揮其耗能特性。由于抗屈曲支撐只將芯板與其他結構連接，因此芯板所承受的荷載完全由芯板承擔，夾套和內填充材料僅對芯板的屈曲力進行限制。屈曲約束支撐具有良好的滯后性能，在張力的作用下可屈服于芯片。一方面，屈曲約束軸承可以避免承載軸承和普通軸承在拉伸和壓縮方面的顯著差異，另一方面具備金屬阻尼器的耗能能力，可在構件中代替金屬材料“保險絲”，使主體構件基本處在彈性范圍之內。所以，通過屈曲拘束支承的使用，能夠全面提高傳統的支承構架在中震和大地震下的抗震特性。

2.1 BRB構造原理

在地震影響下，核心單位必須承受支撐所受到的全部軸向拉力和軸向壓強。軸流式拉力下內核單位的屈服能耗正常，但軸流式加壓效果下內核單位將會在屈服之前出現受力屈曲，能耗效果將低于軸拉狀態[2]。所以，可以使用約束模塊包覆內核單位，并控制其側向屈曲，從而有效地防止了內核單位受力屈曲，使內核單位能夠正常的承壓屈服能耗。

2.2 BRB主要材料的技術參數

BRB主要材料的技術參數如表2所示。

3 施工工藝

屈曲約束支承安裝時應遵守我國現行制作安裝和施工檢驗的合格標準，并應當滿足《TJ 屈曲約束支撐應用技術規程》 （DBJ/CT105-2011）的有關規定。宜于與主構件、工藝設備管道裝置、二次結構等同步進行，首先進行臨時定位，等主要布置完成后再進行最后安裝定位。

3.1 安裝流程

吊裝前檢查→安裝就位→臨時定位→校正→最終固定→焊縫探傷檢測→檢查驗收。

3.2 安裝工藝

將屈曲約束支撐作為成品構件在工廠加工好，但在現場裝配前必須應對其支撐裝置部位處的凈高、凈寬進行尺寸復查。施工前檢測節點板在施工過程中產生的平面位移，可在規定區域內調整節點板，以確定支撐的正確安裝位置;當平面偏移達到節點處最厚板厚度的1/3時，就應該采取適當的矯正措施，而一旦偏移范圍較大，則應該聯絡設計者，并重新設計節點板。

屈曲約束支座為成品結構，表面焊有專門的吊耳（沿支撐長度有兩道），可以垂直穿進吊索內完成吊裝工作。吊裝裝置通過葫蘆吊掛于混凝土框架橫梁上，在支撐有吊耳的面朝上。在吊裝工程前要找準吊裝工作地點、捆綁合理，當支撐安裝為不等高時，應先牽拉支撐下部達到安裝部位，然后再安裝牽拉支撐的最前端。

在支撐到位后，先采取措施進行暫時固定（通常采用焊接鋼片法）。在暫時固定后，再對支撐部位進行適當校正。臨時固定處應采用多支鋼塊焊接牢固，防止支撐扭轉偏移。

支撐臨時固定后，先焊接上端部節點，后焊接下端部節點。優先采用同時對稱焊接方法，安排多名焊工同時進行對稱施焊、對稱輪換焊接、對稱翼緣位置焊接等步驟。通過這種焊接順序，能很好地解決因焊接收縮先后及收縮大小不同而造成焊接殘余應力和焊接變形過大的施工問題，而且一根支撐多名焊工同時作業也能大大地提高焊接效率。當焊縫或預埋件處混凝土出現裂紋時，不得擅自處理，應查清原因，制定修補工藝后方可處理[3-4]。本工程焊接時，首先按設計要求選用與BRB構件材質相匹配的焊材，采用二保焊全熔透坡口焊。為了消除焊接引起的混凝土裂紋，對焊接面使用分層、分段、跳檔等施工工藝，降低焊接期間的熱應力集中，避免焊接質量問題的出現。6316EE3E-390C-4355-81EF-9E64DC6C3B7D

焊接完成后，應按設計要求對焊縫質量進行檢查驗收。焊縫形狀和尺寸應符合現行國家標準，焊縫完整，無漏焊，接頭處過渡平穩，不超過焊縫長度的10%，無裂紋、夾渣、焊塊、燒穿等缺陷。焊接接頭內部缺陷分級應符合現行國家標準《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》（GB/T 11345-2013）的規定，焊縫質量等級及缺陷分級應符合國家標準規定。本工程焊縫質量等級為2級，內部缺陷檢驗等級為3級，檢驗等級為B級，檢驗率為20%。驗收合格的焊縫，應及時補漆，當其他工序涉及施工時，未經許可，禁止焊接、懸掛任何構件。

本工程的屈曲約束支撐（BRB）參與主結構受力，不能出現漏裝、漏焊現象，因此在施工期間，對于工藝管道、局部混凝土梯柱及樓板影響支撐就位安裝的部位，須由設計人員現場實地進行修改，確保BRB支撐在結構受力安全體系中百分百投入工作[5]。

屈曲約束支撐安裝難點在受限空間和交叉作業，需要專人協調，在支撐就位、定位、吊裝、焊接等施工過程中與其他專業的緊密配合。

4 結語

屈曲約束支撐是能使承載構件與消耗減震構造合二為一的高效率、經濟、新科技型的結構構件。對一般鋼制支柱采取制約措施，能完全避免受力屈曲，構造效率明顯提高，并且屈曲約束支撐在滿足其屈服硬度的限制狀況時，受壓與受拉都能進入屈服狀況。其滯回曲線飽滿，并可發揮良好的消耗減震構造的效果。其最大好處就是其本身的承載力和剛性徹底分離，在不提高構造剛性的情況下滿足了構造對承重能力的最大需求，解決了傳統中心支撐框架容易屈曲的弊端，打破在延性、耗能等能力上的局限。同時屈曲約束支撐對于在震害作用后產生塑性變形的中心支座也能夠很方便地替換，便于在震后進行恢復工作，且能夠降低相應的維護成本，所以屈曲約束支撐在建筑物結構抗震中有著良好的發展前景。

參考文獻

[1] 黃軍超，張善國.淺析屈曲約束支撐設計與施工驗收技術[J].建設監理，2017（5）：74+79.

[2] 沈紹冬，李鋼，潘鵬.屈曲約束支撐與黏滯阻尼器的減震效果對比研究[J].建筑結構學報，2016（9）：33-42.

[3] 賈宗團.屈曲約束支撐在體育館結構中的應用研究[J].工程建設與設計，2017（1）：20-22+25.

[4] 夏寶陽，蔡旭，榮彬，等.屈曲約束支撐在工程中的應用[J].天津建設科技，2016，26（4）：7-9.

[5] 喬金麗，侯雙，任澤民，等.屈曲約束支撐鋼筋混凝土框架結構抗震性能試驗研究[J].建筑結構，2017（8）：29-32+58.6316EE3E-390C-4355-81EF-9E64DC6C3B7D