Распорка с защитой от прогиба

Распорка , удерживающая продольный изгиб (BRB), представляет собой структурную распорку в здании, предназначенную для того, чтобы позволить зданию выдерживать циклические боковые нагрузки, обычно вызванные землетрясением. Он состоит из тонкого стального сердечника, бетонного кожуха, предназначенного для постоянной поддержки сердечника и предотвращения коробления при осевом сжатии , а также области сопряжения, которая предотвращает нежелательное взаимодействие между ними. Подкосные рамы, в которых используются BRB, известные как подкосные рамы с устойчивостью к продольному изгибу или BRBF, имеют значительные преимущества по сравнению с обычными подкосными рамами. ^{[ 1 ]}

История

Концепция BRB была разработана в Японии компанией Nippon Steel в конце 1980-х годов. ^{[ 2 ]} и был известен под торговой маркой Unbonded Brace. Впервые он был установлен в США в 1999 году в здании наук о растениях и окружающей среде в Калифорнийском университете в Дэвисе . ^{[ 3 ]} В 2002 году были зарегистрированы компании CoreBrace LLC и Star Seismic LLC. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} и начал конкурировать с Nippon на рынке дизайна BRB. Использование BRB в настоящее время принято, а его конструкция регулируется действующими стандартами во всем мире.

Компоненты

Можно выделить три основных компонента BRB: стальной сердечник, слой, препятствующий склеиванию, и корпус.

Стальной сердечник спроектирован таким образом, чтобы выдерживать полную силу осевого растяжения, возникающую в распорке. Площадь его поперечного сечения может быть значительно меньше, чем у обычных раскосов, поскольку его работоспособность не ограничивается короблением. Ядро состоит из средней длины, рассчитанной на неупругую деформацию в случае проектного землетрясения, и жестких, неподатливых частей на обоих концах. Увеличенная площадь поперечного сечения недеформируемого участка обеспечивает сохранение его упругости, в результате чего пластичность концентрируется в средней части стального сердечника. Такая конфигурация обеспечивает высокую достоверность прогнозирования поведения и отказа элемента.

Слой, препятствующий склеиванию, отделяет оболочку от сердцевины. Это позволяет стальному сердечнику противостоять полной осевой силе, возникающей в распорках, как это предусмотрено.

Корпус – благодаря своей жесткости на изгиб – обеспечивает боковую поддержку против изгиба сердечника при изгибе. Обычно он изготавливается из стальных труб, заполненных бетоном. Критерием проектирования корпуса является обеспечение адекватного бокового закрепления (т.е. жесткости) против коробления стального сердечника.

Характеристики раскосов, удерживающих продольный изгиб

Поскольку BRB достигают высокого уровня пластичности и стабильных, повторяемых петель гистерезиса , BRB могут поглощать значительное количество энергии во время циклических нагрузок, таких как землетрясение.

Предотвращение коробления приводит к одинаковой прочности и пластичности при сжатии и растяжении, что иллюстрирует огибающую кривых гистерезиса, также называемую основной кривой. Эта кривая считается важной основой практического проектирования. Таким образом, благоприятное циклическое поведение стального материала можно экстраполировать на уровень элемента и, следовательно, на общий структурный уровень; чрезвычайно диссипативную структуру с использованием BRB можно создать .

Экспериментальные результаты доказывают пластичное, стабильное и повторяемое гистерезисное поведение конструкций, построенных из BRB. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} В зависимости от конфигурации раскосов строительные нормы и правила США ^{[ 9 ]} позволяют использовать коэффициент модификации срабатывания до 8, что сопоставимо со специальными моментными рамами (SMRF); более высокая модификация отклика связана с большей пластичностью и, следовательно, улучшенными характеристиками после текучести. Таким образом эффективно снижается сейсмическая нагрузка, приложенная к конструкции, в результате чего уменьшаются сечения балок и колонн связных каркасов, уменьшаются требования к соединениям и, самое главное, резко снижаются нагрузки на фундамент.

Соединения

Целью раскосов, удерживающих продольный изгиб, является рассеивание боковых сил от колонн и балок. Поэтому соединение раскосов с балками и колоннами может существенно повлиять на работу раскосов в случае сейсмического события. Обычно раскос прикрепляется к косынке, которая, в свою очередь, приваривается к балке и/или колонне, к которой будет крепиться раскос. Обычно для BRB используются три типа соединений:

сварное соединение – раскос полностью приваривается к косынке в полевых условиях. Хотя этот вариант требует дополнительных человеко-часов на месте, он может повысить производительность самой скобы за счет улучшения механизма передачи усилия и потенциально привести к уменьшению размеров скоб.
болтовое соединение – раскос крепится болтами к косынке в полевых условиях.
Штифтовое соединение – раскос и косынка рассчитаны на штифт, который соединяет их друг с другом и обеспечивает свободное вращение. Это может быть полезно инженеру-проектировщику, если ему или ей необходимо указать соединение штыревого типа.

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

Преимущества

Сравнительные исследования, а также реализованные строительные проекты подтверждают преимущества систем жестко-подкосного каркаса (БРБФ). ^{[ 10 ]} Системы BRBF могут превосходить другие распространенные диссипативные структуры с точки зрения экономической эффективности по следующим причинам:

Раскосы с ограничением коробления обладают способностью рассеивать энергию, которая значительно лучше, чем у специальных рам 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 элементов (колонн и балок), меньшим и простым соединениям, а также меньшим требованиям к фундаменту. Кроме того, BRB обычно монтируются быстрее, чем SCBF, что приводит к экономии средств подрядчика. Кроме того, BRB могут использоваться при сейсмической модернизации . Наконец, в случае землетрясения, поскольку ущерб сосредоточен на относительно небольшой площади (податливое ядро распорки), расследование и замена после землетрясения относительно просты. ^{[ 11 ]}

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

Недостатки

Раскосы, удерживающие устойчивость, основаны на пластичности стального сердечника, рассеивающем сейсмическую энергию. По мере того, как стальной сердечник поддается, материал упрочняется и становится более жестким. Такое упрочнение может привести к увеличению ожидаемой силы до 2 раз по сравнению с начальной силой текучести. Эта повышенная жесткость уменьшает срок службы здания (сводя на нет некоторые первоначальные увеличения) и увеличивает ожидаемую реакцию спектрального ускорения, требующую более прочного фундамента и прочности соединений.

Раскосы с фиксатором устойчивости зависят от пластичности и, как правило, должны заменяться после использования во время сильного землетрясения.

Справочные структуры

Межгорный медицинский центр
Стадион Леви – домашний стадион команды Сан-Франциско 49ers.
LA Live - отель и резиденции
Одна башня Ринкон Хилл
Башня Вашингтона Взаимная , офисное здание
Стадион «Рио Тинто» — домашний стадион Высшей футбольной лиги команды «Реал Солт-Лейк» .

См. также

С. Хуссейн, П. В. Беншотен, М. А. Сатари, С. Лин: Конструкции с жестко закрепленной балочной рамой: анализ, проектирование и вопросы утверждения
Л. Каладо, Дж. М. Проенка, А. Панао, Э. Нсиери, А. Рутенберг, Р. Леви: Prohitech WP5, Инновационные материалы и методы, фиксирующие брекеты
Бонессио Н., Ломиенто Г., Бензони Г. (2011). Экспериментальная модель фиксирующих раскосов для универсальной оптимальной конструкции. Системы сейсмической изоляции и защиты, Vol. 2, № 1, стр. 75–90. дои : 10.2140/siaps.2011.2.75

Ссылки

^ «BRBF обладает большей пластичностью и поглощением энергии, чем SCBF, поскольку общая потеря устойчивости скобы и связанное с ней ухудшение прочности исключаются при усилиях и деформациях, соответствующих отклонению конструкции». ANSI/AISC 341-10 – Требования к сейсмичности для зданий из стальных конструкций, изд. 2010 г. стр. 9.1-249. Доступно по адресу https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 . Архивировано 22 июля 2015 г. на Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.
^ Блэк, К., Макрис, Н., и Эйкен, И. Испытание компонентов, анализ стабильности и характеристика несвязанных брекетов с ограничением коробления. Сентябрь 2002 г. Доступно по адресу http://peer.berkeley.edu/publications/peer_reports/reports_2002/0208.pdf. Архивировано 22 июля 2015 г. в Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.
^ Факты о несвязанных брекетах и http://www.unbondedbrace.com/facts.htm . По состоянию на 21 июля 2015 г.
^ CoreBrace, О нас. http://www.corebrace.com/about.html. Архивировано 26 августа 2015 г. в Wayback Machine . Доступ 21.07.2015.
^ Фуллмер, Брэд, «Тенденции в стали: системы BRBF становятся все более популярными в сейсмических районах». Журнал Intermountain Contractor, сентябрь 2007 г., стр. 42. Доступно по адресу http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2013/08/trends_in_Steel.pdf . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}. Доступ 21.07.2015.
^ Мерритт, С., Уанг, Ч.М., Бензони, Г., Испытания подсборки звездных сейсмических раскосов, удерживающих продольный изгиб, Отчет об испытаниях, Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2003.
^ Ньюэлл, Дж., Уанг, Ч.М., Бензони, Г., Испытание подсборки раскосов с защитой от выпучивания центральной скобы (серия G). Отчет об испытаниях, Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2006 г. Доступно по адресу http://www.corebrace.com/testing/ucsdG_report.pdf. Архивировано 8 июня 2015 г. на Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.
^ Л. Дунай: Типовые испытания раскосов с фиксацией устойчивости в соответствии с EN 15129 - EWC800 - Итоговый отчет, 2011 г. http://www.starseismic.eu/pdf/110315%20Final%20report%20EWC800.pdf Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.
^ См. ANSI/AISC 341-10 – Требования к сейсмостойкости для зданий из несущих стальных конструкций, 2010 г., изд. стр. 9.1-249. Доступно по адресу https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 . Архивировано 22 июля 2015 г. на Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.
^ Dasse Design Inc.: Экономические преимущества зданий с фиксированным каркасом с продольным изгибом. Сан-Франциско, 2009 год.
^ См. http://www.starseismic.eu/cost_saving. Архивировано 27 апреля 2017 г. на Wayback Machine , где представлен обзор преимуществ, перечисленных в этом разделе.
^ Moore Lindner Engineering Inc., Сравнение структурных затрат с использованием раскосов, удерживающих продольный изгиб. Апрель 2014 г. Доступно по адресу http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2014/06/Structural-Cost-Comparison-Report-14.04.30.pdf . Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[1] «BRBF обладает большей пластичностью и поглощением энергии, чем SCBF, поскольку общая потеря устойчивости скобы и связанное с ней ухудшение прочности исключаются при усилиях и деформациях, соответствующих отклонению конструкции». ANSI/AISC 341-10 – Требования к сейсмичности для зданий из стальных конструкций, изд. 2010 г. стр. 9.1-249. Доступно по адресу https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 . Архивировано 22 июля 2015 г. на Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[2] Блэк, К., Макрис, Н., и Эйкен, И. Испытание компонентов, анализ стабильности и характеристика несвязанных брекетов с ограничением коробления. Сентябрь 2002 г. Доступно по адресу http://peer.berkeley.edu/publications/peer_reports/reports_2002/0208.pdf. Архивировано 22 июля 2015 г. в Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[3] Факты о несвязанных брекетах и http://www.unbondedbrace.com/facts.htm . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[4] CoreBrace, О нас. http://www.corebrace.com/about.html. Архивировано 26 августа 2015 г. в Wayback Machine . Доступ 21.07.2015.

[5] Фуллмер, Брэд, «Тенденции в стали: системы BRBF становятся все более популярными в сейсмических районах». Журнал Intermountain Contractor, сентябрь 2007 г., стр. 42. Доступно по адресу http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2013/08/trends_in_Steel.pdf . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}. Доступ 21.07.2015.

[6] Мерритт, С., Уанг, Ч.М., Бензони, Г., Испытания подсборки звездных сейсмических раскосов, удерживающих продольный изгиб, Отчет об испытаниях, Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2003.

[7] Ньюэлл, Дж., Уанг, Ч.М., Бензони, Г., Испытание подсборки раскосов с защитой от выпучивания центральной скобы (серия G). Отчет об испытаниях, Калифорнийский университет, Сан-Диего, 2006 г. Доступно по адресу http://www.corebrace.com/testing/ucsdG_report.pdf. Архивировано 8 июня 2015 г. на Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[8] Л. Дунай: Типовые испытания раскосов с фиксацией устойчивости в соответствии с EN 15129 - EWC800 - Итоговый отчет, 2011 г. http://www.starseismic.eu/pdf/110315%20Final%20report%20EWC800.pdf Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[9] См. ANSI/AISC 341-10 – Требования к сейсмостойкости для зданий из несущих стальных конструкций, 2010 г., изд. стр. 9.1-249. Доступно по адресу https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 . Архивировано 22 июля 2015 г. на Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[10] Dasse Design Inc.: Экономические преимущества зданий с фиксированным каркасом с продольным изгибом. Сан-Франциско, 2009 год.

[11] См. http://www.starseismic.eu/cost_saving. Архивировано 27 апреля 2017 г. на Wayback Machine , где представлен обзор преимуществ, перечисленных в этом разделе.

[12] Moore Lindner Engineering Inc., Сравнение структурных затрат с использованием раскосов, удерживающих продольный изгиб. Апрель 2014 г. Доступно по адресу http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2014/06/Structural-Cost-Comparison-Report-14.04.30.pdf . Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . По состоянию на 21 июля 2015 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]