消能减震技术——屈曲约束支撑中国论文网w:u3i4H6|7\E(S
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【摘要】屈曲约束支撑是新近发明并逐渐得到应用的一种抗
震框架体系。因为屈曲约束支撑（BRB）在受拉和受压时都可屈服
而不屈曲，因此克服了传统支撑体系的缺点。本文分两部分，第
一部分介绍了该体系在各国家和地区应用和研究的进展情况，第
二部分主要介绍其基本原理和各组成部分的概况、BRBF 的特点。
【关键词】屈曲约束支撑；屈曲约束支撑框架；屈曲；抗震
设计
【中图分类号】TU352.1
1 国内外现状
20 世纪 70 年代，国际土木工程界首次提出了结构振动控制的
概念。美国是开展消能减震（振）技术研究较早的国家之一。早
在1972 年竣工的纽约世界贸易中心大厦就安装了10000个粘弹性
阻尼器（减小风振）。日本是结构控制技术应用发展最快的国家，
特别是 1995 年神户地震发生后，采用结构控制技术的建筑如雨后
春笋般涌现出来。在加拿大，Pall 型摩擦阻尼器已被应用于许多
新建建筑和抗震加固工程中，在减小结构的振动作用时，还取得
较好的经济效益。
20 世纪 80 年代初，我国土木工程界王光远院士首先引入了结
构振动控制的概念，随后国内土木工程界的广大学者、研究人员
深入展开了结构隔震、消能减震、吸振减震、主动控制、半主动
控制和混合控制等方向的研究，理论和试验研究、方案设计、结
合实际工程分析研究、试点工程和应用等工作逐步推进，并朝着
标准化、规范化、产业化的方向迈进。从 90 年代以来，我国学者
和工程技术人员也致力于该技术的研究与工程实用。
2 效能减震产品的分类
消能减震装置的分类方法有多种。按其与位移、速度的相关
性可分为位移相关型消能减震器（如摩擦阻尼器、金属屈服阻尼
器和屈曲约束支撑）、速度相关型消能减震器（如粘滞阻尼器）和
速度位移相关型消能减震器（如粘弹性阻尼器）；按其制造材料可
分为金属消能减震器、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器；按其消能减
震机理可分为摩擦消能减震器、弹塑性消能减震器、粘滞阻尼器
（粘弹性阻尼器）。
2.1 屈曲约束支撑概述
屈曲约束支撑（Buckling Restrained Brace——简称 BRB）
主要由内芯耗能单元，外围约束单元与两者之间的缝隙或无粘结
材料组成。内芯单元为钢芯，截面形式多为“一”形、“十”形、
“H”形等多种形式：外围约束单元多为纯钢构件或钢管混凝土构
件；无粘结材料有硅胶板，橡胶板等多种材料。屈曲约束支撑体
系主要由内芯单元承受轴力，外围约束单元为内芯单元提供侧向
刚度，防止内芯单元在轴向压力作用下发生屈曲，在轴向拉伸、
压缩受力状态下，屈曲约束支撑比普通钢支撑能够表现出更加饱
满的滞回曲线，体现优良的滞回耗能性能，因此被广泛的应用于
实际工程项目中。
2.2 屈曲约束支撑的分类
屈曲约束支撑根据构造形式分成纯钢型和填充型两种类型。
按照使用功能分类，屈曲约束支撑有阻尼型支撑、耗能型支撑，
承载型支撑三种类型。
1）阻尼型防屈曲支撑。在小震阶段即开始屈服耗能的屈曲约
束支撑为阻尼型屈曲约束支撑其芯板一般采用低屈服点钢材。由
于钢材屈服后弹性模量仅为屈服前的 2%，因此其刚度相对较小（为
割线刚度，也即等效刚度）。当主体结构刚度较大，需要附加阻尼
比提高结构抗震性能时，应需用阻尼型屈曲约束支撑。
2）耗能型屈曲约束支撑。在中震或大震阶段才开始屈服耗能
的屈曲约束支撑为耗能型屈曲约束支撑。当屈曲约束支撑既要提
高结构刚度、承载力，又要在中、大震作用下屈服耗能时，应选
用耗能型屈曲约束支撑。一般情况下，设计中应保证支撑在中震
阶段进入屈服。
3）承载型屈曲约束支撑。大震阶段支撑仍保持弹性的屈曲约
束支撑为承载型屈曲约束支撑，但支撑仅用于提高结构的刚度及
承载力时，应选用承载型屈曲约束支撑。
2.3 屈曲约束支撑构造
众所周知，在受弯构件中，桁架的材料效率比实腹式构件高
很多，因此其经济性也很更好。框架-支撑结构实际上是“竖起来
的桁架”。因此，框架-支撑结构是一种高效的结构形式。但是，
普通支撑受压会产生屈曲，屈曲后支撑的刚度和承载力突然急剧
下降。这种脆性破坏无征兆，是必须要避免的破坏形式，也正因
此普通支撑的滞回性能很差，这也限制了框架-支撑结构的应用和
发展。为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，在支撑
外部设置套管，抑制支撑的受压屈曲，形成屈曲约束支撑。屈曲
约束支撑由约束单元约束内核钢支撑，以防止内核钢支撑在压力
作用下发生屈曲。内核钢支撑与约束单元之间可以自由相对滑动，
工作时仅内核钢支撑受力。防屈曲支撑的常用截面形式“一”形、
“十”形、“H”形。屈曲约束支撑在拉力和压力作用下均可达到
强度屈服。经过合理设计的防屈曲约束支撑具有良好的延性和稳
定饱满的滞回特性，可作为减震阻尼器和抗震构件使用。
2.4 芯板钢材的材性要求
对芯板钢材的材料性能要求为：
（a） 芯板钢材应有明显的屈服台阶，屈服强度不宜大于
235N/mm
2
（承载型防屈曲约束支撑不受限制），伸长率不应小于25%；
（b） 钢管的弹性屈曲承载力应大于屈曲约束支撑极限承载
力计算 1.2 倍；
（c） 屈曲约束支撑应能在 2 倍设计层间位移角的情况下，限
制芯材的局部和整体屈曲。
2.5 屈曲约束支撑的适用范围
只要不影响建筑使用功能，屈曲约束支撑适用任何建筑。当
由于门、窗等原因不宜布置屈曲约束支撑时，可以考虑采用防屈
曲钢板墙。屈曲约束支撑主要有两个作用；提高结构抗侧刚度和
消耗地震能量减小主体结构损伤。
从提高结构抗侧刚度来看，屈曲约束支撑适用于；高烈度地
区、大跨度、高柔及高耸等对结构抗侧刚度要求较高的建筑。与
增加梁柱截面和采用钢筋混凝土墙对比，其经济优势明显，且有
利于结构裂缝防治。
从消耗地震能量角度来看，由于支撑两端相对变形越大，支
撑内力越大，消能减震效果就越显著，因此，屈曲约束支撑适用
于高烈度地区及层间变形较大的建筑。
屈曲约束支撑不仅可以用于新建建筑，还可用于既有建筑的
抗震加固和地震后真损结构的加固，一方面由于屈曲约束支撑的
抗侧刚度较大，使得需要加固的构件数量大幅减少。另一方面，
屈曲约束支撑的耗能作用，减少了主体结构的地震内力，提高了
抗震性能。因此，无论从刚度还是能量角度来看，采用屈曲约束
支撑均能减少加固构件数量，提高结构性能，节省材料和施工成
本。
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