防屈曲支撑综述
摘要：屈曲约束支撑在拉力和压力的作用下都能屈服而不屈曲，具有良好的滞回性能[1]，本文主要综述屈曲约束支撑的特点、类型、设计要点以及国内外最新研究进展和工程应用现状。

关键词：防屈曲支撑，类型，研究现状
一．概述
屈曲约束支撑又称防屈曲支撑或BRB，产品技术最早发展于1973年的日本，并研发了最早的墙板式防屈曲耗能支撑，对其进行了加入不同无粘结材料的拉压试验；1994年北岭地震后，美国也开始对防屈曲支撑体系进行相应的设计研究和大比例试验。

支撑的中心是芯材，为避免芯材受压时整体屈曲, 即在受拉和受压时都能达到屈服, 芯材被置于一个钢套管内，然后在套管内灌注混凝土或砂浆。

主要由以下5个部分构成：约束屈服段，约束非屈服段，无约束非屈服段，无粘结可膨胀材料，屈曲约束机构[2]。

二．防屈曲支撑的特点
2.1承载力与刚度分离，且承载力高
普通支撑因需要考虑其自身的稳定性，使截面和支撑刚度过大，从而导致结构的刚度过大，这就间接地造成地震力过大，形成了不可避免的恶性循环。

选用防屈曲支撑，在不增加结构刚度的情况下满足结构对于承载力的要求。

由于支撑的刚度和强度很容易调整，防屈曲支撑框架设计灵活。

而且，在非弹性分析中可以方便地模拟防屈曲支撑的滞回曲线。

2.2线弹性刚度高
与抗弯刚框架相比, 小震时防屈曲钢框架线弹性刚度高,可以很容易地满足规范的变形要求。

2.3延性与滞回性能好
屈曲约束支撑在弹性阶段工作时，就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度，可用于抵抗小震以及风荷载的作用。

屈曲约束支撑在弹塑性阶段工作时，变形能力强、滞回性能好，就如同一个性能优良的耗能阻尼器，可用于结构抵御强烈地震作用。

2.4有效保护主体结构
由于可以受拉及受压屈服，防屈曲支撑消除了传统中心支撑框架的支撑屈曲问题，因此在强震时有更强和更稳定的能量耗散能力，从而可以有效的保护主体结构。

支撑构件好比结构体系中可更换的保险丝，既可保护其他构件免遭破坏，并且大震后，可以方便地更换损坏的支撑。

2.5安装方便，经济有效
BRB通过螺栓或铰连接到节点板, 可避免现场焊接及检测，安装方便且经济。

图2.1支撑节点图
在抗震加固中，防屈曲框架比传统的支撑系统更有优越性, 因为能力设计会使后者的地基费用更贵[3]。

减小相邻构件受力，当支撑为人字形或V字型布置时，采用屈曲约束支撑，支撑受拉与受压承载力差异很小，可大大减小与支撑相邻构件的内力（包括基础），减小构件截面尺寸，降低结构造价。

三．防屈曲支撑的种类
3.1.装配式屈曲约束支撑
装配式屈曲约束支撑主要是钢材约束装配式支撑。

钢材装配式屈曲约束支撑有型钢组合装配式和钢板装配式等形式，可以利用目前应用比较广泛的型钢与钢板等组合而成，约束构件之间主要依靠螺栓连接[4]。

图3.1横截面示意图
3.2.双钢管屈曲约束支撑、三重钢管屈曲约束支撑
双钢管、三重钢管屈曲约束支撑均主要由钢管组成。

双钢管屈曲约束支撑由内核与外套管组成，三重钢管屈曲约束支撑由核心钢管、内外约束套管组成，内核与套管之间留有间隙[5]。

3.3.双管式挫屈束制（屈曲约束）支撑、槽接式屈曲约束支撑
双管式挫屈束制（屈曲约束）支撑和槽接式屈曲约束支撑均为了改善支撑与构架的结合做出了改进。

大多数屈曲约束支撑是由单一约束单元约束单一核心单元而构成，因此，焊接及栓接的工作量会因为端部连接处及接合隅板需要加劲成十字形而大量增加。

3.4.低屈服点钢屈曲约束支撑
低屈服点钢屈服强度低且相对稳定，屈强比小，伸长率大，滞回性能好，具有良好的抗低周疲劳性能及耗能性能[6]。

另外，低屈服点钢也具有普通钢材所具有的相关性能，施工方法和加工工艺等与普通钢材类似。

因此，利用低屈服点钢芯材作为屈曲约束支撑的核心耗能构件，可以充分发挥低屈服点钢材在较小变形下就可以进入弹塑性阶段耗能的优势，且滞回曲线饱满，无退化捏拢现象，具有良好的延性和耗能能力，显示出了较强的应变硬化能力。

3.5.铝合金和形状记忆合金屈曲约束支撑
铝合金延性好，屈服点低，超强系数大，且自重轻、耐久性好，在较小应变幅值下其低周疲劳性能可以满足设计要求。

因此铝合金屈曲约束支撑质轻，滞回性能好，轴向变形能力好。

形状记忆合金虽然耗能能力有限，但其具有良好的阻尼特性，且其所具有的形状记忆效应和超弹特性在隔震、减震中作用显著，此外，形状记忆合金耐腐蚀、抗疲劳。

因此，形状记忆合金屈曲约束支撑适用于易遭受风、浪、冰侵蚀的海洋平台结构，且可有效控制结构在大变形情况下的残余应变。

四．国内外研究现状
美国最早是由加州工程师协会(SEAOC)编制了有关防屈曲耗能支撑的设计规程，2003年，美国FEMA450正式给出了防屈曲耗能支撑的设计规程。

2005年，在美国2005版的钢结构抗震设计规范中新增加防屈曲支撑钢结构的设计内容，对防屈曲耗能支撑的设计、计算、试验方法、连接做法以及防屈曲耗能支撑对结构的影响参数的限制等作了较详细的规定，在其附录中列出了支撑及子系统试验的反复加载试验要求。

日本隔震结构协会于2000年2月设置了地震反应控制委员会，2003年编写出版了《被动减震结构设计-施工手册》，2005年出版该手册的第2版。

该手册将防屈曲耗能支撑归于软钢阻尼器类型，并对其做了详细的说明.
国内《建筑抗震设计规范》中的“隔震和消能减震结构设计”，对位移相关性消能器的设计参数及性能检验指标进行了规定，防屈曲耗能支撑作为一种位移相关型消能器[7]。

上海市建筑产品推荐性应用标准—《TJ屈曲约束支撑应用技术规程》中，对耗能型屈曲约束支撑、屈曲约束支撑型阻尼器
和承载型屈曲约束支撑3种类型的产品进行了介绍。

屈曲约束支撑的设计正向着自动化发展，台湾的学者已经基于其屈曲约束支撑产品开发出云端设计软件，可根据用户所输入条件对支撑及其节点进行自动化调整、设计与检核等，或许在未来还会实现其智能化设计。

通过对多种新型屈曲约束支撑的介绍可以看出，屈曲约束支撑正向着材料更加轻质高能、加工安装过程更加简便、支撑性能更加丰富优越的方向发展，部分支撑也实现了震后可检查拆卸的目的。

此外，屈曲约束支撑正向大型化发展。

五．工程应用现状
截止至2013年底，国内已有200余项工程应用屈曲约束支撑，包括新建项目和加固改造项目。

（1）天津高银117大厦
天津高银117大厦1区人字支撑采用了长达48.686m的巨型屈曲
约束支撑。

图5.1天津高银117大厦1区人字支撑
（2）国家会展中心（上海）
中博会项目采用BRB和防屈曲耗能钢板墙两种构件。

BRB中博会项目共计采用屈曲约束支撑385根，芯板材质Q160。

其中：E1区25根，屈服承载力为2000KN-4000KN；E2区300根，屈服承载力为700KN-4000KN；F2区26根，屈服承载力为2400KN-4000KN；F3区34根，屈服承载力为1600KN-3200KN。

中博会项目E1区共计采用防屈曲耗能钢板墙35面，墙板高度3.43m-7.55m，宽度2.6m-3.75m，屈服承载力为1420KN-12620KN。

防屈曲耗能钢板墙指不会发生面外屈曲的钢板剪力墙，由承受水平荷载的钢芯板和防
止芯板发生面外屈曲的部件组合而成，是针对普通钢板剪力墙易发生面外屈曲而改进的新型抗剪力耗能构件。

（3）人民日报社报刊综合楼
人民日报综合业务楼采用钢框架—支撑结构体系，地上33层，地下2层，共采用了屈曲约束支撑890根。

最大屈服承载力为6650KN，长度5790mm，布置楼层为1-33层。

芯板采用屈服强度为225MPa的低屈服点钢材。

屈曲约束支撑在小震下增加原结构的抗侧刚度，减小结构在水平荷载下的位移；在大震下，屈曲约束支撑发挥其耗能能力，保护主体结构，提高整体结构的抗震性能。

图5.2屈曲约束支撑施工图
参考文献:
[1]. 胡宝琳, 李国强与孙飞飞, 屈曲约束支撑体系的研究现状及其国内外应用. 四川建筑科学研究, 2007(04): 第9-13页.
[2]. 汪家铭, 中岛正爱与陆烨, 屈曲约束支撑体系的应用与研究进展(Ⅱ). 建筑钢结构进展, 2005(02): 第1-11页.
[3]. 刘建彬, 防屈曲支撑及防屈曲支撑钢框架设计理论研究, 2005, 清华大学. 第122页.
[4]. 尹绕章, 新型钢板装配式屈曲约束支撑的性能研究, 2014, 广州大学. 第129页.
[5]. 曾正强等, 开孔式双钢管屈曲约束支撑承载力和滞回耗能的有限元分析. 天津城市建设学院学报, 2011(04): 第250-255页.
[6]. 谭杰, 低屈服点钢屈曲约束支撑性能模拟分析与试验研究, 2013, 华中科技大学. 第75页.
[7]. 唐家祥, 隔震与消能减震结构的设计规定——《建筑抗震设计规范》修订简介(七). 工程抗震, 1999(03): 第13-17页.。