Подтяжка с ограничением изгиба - Buckling-restrained brace - Wikipedia

А скоба с ограничением изгиба (BRB) представляет собой структурную скобу в здании, предназначенную для того, чтобы здание могло выдерживать циклические боковые нагрузки, как правило, вызванные землетрясениями. Он состоит из тонкого стального сердечника и бетонного корпуса, предназначенного для постоянной поддержки сердечника и предотвращения коробление под осевым сжатие и область интерфейса, которая предотвращает нежелательные взаимодействия между ними. Связанные рамы, в которых используются BRB, известные как рамы с ограничениями на пряжку, или BRBF - имеют значительные преимущества перед типичными каркасами с подкосами.[1]

История

Концепция BRB была разработана в Японии компанией Nippon Steel в конце 80-х[2] и была известна под торговой маркой Unbonded Brace. Впервые он был установлен в Соединенных Штатах в 1999 году в Здании наук об окружающей среде в г. U.C. Дэвис.[3] В 2002 году были зарегистрированы CoreBrace LLC и Star Seismic LLC.[4][5] и начали конкуренцию с Nippon на рынке дизайна BRB. Использование BRB в настоящее время принято во всем мире, его конструкция регулируется действующими стандартами.

Составные части

Можно выделить три основных компонента BRB: стальной сердечник, слой, предотвращающий склеивание, и корпус.

Стальной сердечник спроектирован так, чтобы противостоять полной осевой силе, развиваемой в связи. Его площадь поперечного сечения может быть значительно меньше, чем у обычных скоб, поскольку его характеристики не ограничиваются изгибом. Ядро состоит из средней длины, которая рассчитана на неупругую деформацию в случае землетрясения проектного уровня, и жестких, не податливых отрезков на обоих концах. Увеличенная площадь поперечного сечения не податливой секции гарантирует, что она остается эластичной и, следовательно, пластичность сосредоточен в средней части стального сердечника. Такая конфигурация обеспечивает высокую уверенность в прогнозировании поведения элемента и отказа.

Слой, предотвращающий склеивание, отделяет кожух от сердечника. Это позволяет стальному сердечнику противостоять полной осевой силе, развиваемой в связи, в соответствии с конструкцией.

Кожух - через его жесткость на изгиб - обеспечивает боковую поддержку против изгиба сердечника. Обычно он изготавливается из стальных труб, заполненных бетоном. Критерием конструкции обсадной колонны является обеспечение адекватного бокового ограничения (т. Е. Жесткости) против потери устойчивости стального сердечника.

Характеристики подтяжек с ограничением изгиба

Поскольку BRB достигают высокого уровня пластичность и стабильный, повторяемый петли гистерезиса, BRB могут поглощать значительное количество энергии во время циклических нагрузок, таких как землетрясение.

Предотвращение коробления приводит к аналогичным характеристикам прочности и пластичности при сжатии и растяжении, что иллюстрирует огибающую кривых гистерезиса, также называемую кривой основной цепи. Эта кривая считается важной основой практического проектирования. Таким образом, полезное циклическое поведение стального материала может быть экстраполировано на уровень элемента и, таким образом, на общий структурный уровень; чрезвычайно диссипативная структура могут быть разработаны с использованием BRB.

Экспериментальные результаты подтверждают пластичное, стабильное и повторяемое гистерезисное поведение конструкций, построенных с использованием BRB.[6][7][8] В зависимости от конфигурации скоб строительные нормы и правила в США[9] позволяют использовать коэффициент модификации отклика до 8, что сравнимо со специальными стойкими к моменту кадрами (SMRF); более высокая модификация отклика связана с большей пластичностью и, следовательно, улучшенными характеристиками после выхода пласта. Таким образом сейсмическая нагрузка наносимый на конструкцию, эффективно уменьшается, что приводит к меньшему поперечному сечению балок и колонн подкрепленных рам, меньшим требованиям к связи и, что самое главное, резко снижаются нагрузки на фундамент.

Подключения

Назначение распорок с ограничением изгиба - отводить поперечные силы от колонн и балок. Следовательно, соединение распорок с балками и колоннами может сильно повлиять на характеристики распорки в случае сейсмического события. Как правило, раскос прикрепляется к косынке, которая, в свою очередь, приваривается к балке и / или колонне, к которой будет прикреплена раскос. Обычно для BRB используются три типа подключения:

  • сварное соединение - скоба полностью приваривается к косынке в полевых условиях. Хотя этот вариант требует дополнительных человеко-часов на месте, он может повысить эффективность самого корсета за счет улучшения механизма передачи силы и потенциально может привести к уменьшению размера брекетов.
  • болтовое соединение - скоба прикручивается к косынке на месте.
  • штифтовое соединение - скоба и косынка предназначены для приема штифта, который соединяет их друг с другом и обеспечивает свободное вращение. Это может быть выгодно инженеру-проектировщику, если ему или ей нужно указать соединение контактного типа.

Помимо типа соединения, детали соединения также могут влиять на передачу усилий в скобу и, следовательно, на ее конечные характеристики. Как правило, фирма, занимающаяся проектированием скоб, указывает правильные детали соединения вместе с размерами скоб.

Преимущества

Сравнительные исследования, а также выполненные строительные проекты подтверждают преимущества систем с балочным каркасом с ограничением продольного изгиба (BRBF).[10] Системы BRBF могут превосходить другие распространенные диссипативные структуры с точки зрения общей экономической эффективности по следующим причинам:

Подтяжки с ограничением изгиба обладают способностью рассеивать энергию, которая значительно улучшена по сравнению со специальными рамами с концентрическими связями (SCBF). Кроме того, поскольку их коэффициент поведения выше, чем у большинства других сейсмических систем (R = 8), а здания обычно проектируются с увеличенным фундаментальным периодом, сейсмические нагрузки обычно ниже. Это, в свою очередь, может привести к уменьшению размеров элемента (колонны и балки), меньшим и более простым соединениям и меньшим требованиям к фундаменту. Кроме того, BRB обычно возводятся быстрее, чем SCBF, что приводит к экономии затрат для подрядчика. Кроме того, BRB можно использовать в сейсмическое переоборудование. Наконец, в случае землетрясения, поскольку повреждение сосредоточено на относительно небольшой площади (податливое ядро ​​скобы), расследование и замена после землетрясения относительно просты.[11]

Независимое исследование пришло к выводу, что использование систем BRBF вместо других сейсмических систем дает экономию затрат на квадратный фут до 5 долларов на квадратный фут.[12]

Недостатки

Ограниченные продольные распорки зависят от пластичности стального сердечника для рассеивания сейсмической энергии. По мере того как стальной сердечник деформируется, материал деформируется и становится более жестким. Это деформационное упрочнение может означать увеличение ожидаемого усилия до 2-х раз по сравнению с начальным усилием текучести. Эта повышенная жесткость уменьшает срок службы здания (сводя на нет некоторые первоначальные увеличения) и увеличивает ожидаемую реакцию спектрального ускорения, требуя более прочного фундамента и прочности соединений.

Стяжки с ограничением продольного изгиба зависят от пластичности и обычно должны заменяться после использования во время сильного землетрясения.

Справочные структуры

Стадион Леви, домашний стадион команды San Francisco 49ers, использует BRBF в качестве системы сопротивления сейсмической силе.

Смотрите также

  • С. Хуссейн, П. В. Беншотен, М. А. Сатари, С. Лин: Устойчивые к продольному изгибу каркасные конструкции с ограничениями: анализ, проектирование и вопросы разрешений
  • Л. Каладо, Дж. М. Проенка, А. Панао, Э. Нсьери, А. Рутенберг, Р. Леви: Prohitech WP5, Инновационные материалы и методы, продольные удерживающие брекеты
  • Бонессио, Н., Ломьенто, Г., Бензони, Г. (2011). Экспериментальная модель изгибающихся удерживающих скоб для оптимальной многофункциональной конструкции. Системы сейсмической изоляции и защиты. 2, № 1, с. 75–90. Дои:10.2140 / siaps.2011.2.75

Рекомендации

  1. ^ «BRBF обладают большей пластичностью и поглощением энергии, чем SCBF, потому что общая деформация скобы и связанная с ней деградация прочности исключаются при силах и деформациях, соответствующих дрейфу конструкции». ANSI / AISC 341-10 - Сейсмические условия для зданий из конструкционной стали Издание 2010 г. стр. 9.1-249. Доступны на https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 В архиве 2015-07-22 в Wayback Machine. Дата обращения 21.07.2015.
  2. ^ Блэк К., Макрис Н. и Айкен I. Тестирование компонентов, анализ устойчивости и характеристика несвязанных скоб с ограничением изгиба. Сентябрь 2002 г. Доступно на http://peer.berkeley.edu/publications/peer_reports/reports_2002/0208.pdf В архиве 2015-07-22 в Wayback Machine. Дата обращения 21.07.2015.
  3. ^ Факты о несвязанных скобах, н.о. http://www.unbondedbrace.com/facts.htm. Дата обращения 21.07.2015.
  4. ^ CoreBrace, О нас. http://www.corebrace.com/about.html В архиве 2015-08-26 в Wayback Machine. Дата обращения 21.07.2015.
  5. ^ Фуллмер, Брэд, «Тенденции в производстве стали: системы BRBF становятся все более популярными в сейсмических районах». Журнал Intermountain Contractor, сентябрь 2007 г., стр. 42. Доступно на http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2013/08/trends_in_Steel.pdf[постоянная мертвая ссылка ]. Дата обращения 21.07.2015.
  6. ^ Мерритт С., Уанг, Ч.М., Бензони, Г., Испытание подузлов скоб с ограничением устойчивости на изгиб Star Seismic, Отчет об испытаниях, Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2003.
  7. ^ Ньюэлл, Дж., Уанг, Ч.М., Бензони, Г., Тестирование подузлов скоб с ограничением изгиба Corebrace (серия G). Отчет об испытаниях, Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2006 г. Доступно на http://www.corebrace.com/testing/ucsdG_report.pdf В архиве 2015-06-08 на Wayback Machine. Дата обращения 21.07.2015.
  8. ^ Л. Дунай: Типовые испытания удерживающих скоб изгиба в соответствии с EN 15129 - EWC800 - Заключительный отчет, 2011 г. http://www.starseismic.eu/pdf/110315%20Final%20report%20EWC800.pdf. Дата обращения 21.07.2015.
  9. ^ Видеть ANSI / AISC 341-10 - Сейсмические условия для зданий из конструкционной стали Издание 2010 г. стр. 9.1-249. Доступны на https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 В архиве 2015-07-22 в Wayback Machine. Дата обращения 21.07.2015.
  10. ^ Dasse Design Inc.: Экономические преимущества зданий с ограниченным каркасом с продольным изгибом. Сан-Франциско, 2009 г.
  11. ^ Видеть http://www.starseismic.eu/cost_saving для обзора преимуществ, перечисленных в этом разделе.
  12. ^ Мур Линднер Инжиниринг Инк., Сравнение затрат на конструкции с использованием продольных скоб. Апрель 2014 г. Доступно по адресу http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2014/06/Structural-Cost-Comparison-Report-14.04.30.pdf В архиве 2015-09-24 на Wayback Machine. Дата обращения 21.07.2015.

внешняя ссылка