Vzpěrná výztuha - Buckling-restrained brace - Wikipedia

A vzpěra-omezená výztuha (BRB) je konstrukční výztuha v budově, navržená tak, aby umožňovala budově odolat cyklickým bočním zatížením, obvykle zatížení vyvolanému zemětřesením. Skládá se z štíhlého ocelového jádra, betonového pláště navrženého tak, aby neustále podporovalo jádro a bránilo mu vzpěr pod axiálním komprese, a oblast rozhraní, která brání nežádoucím interakcím mezi těmito dvěma. Vyztužené rámy, které používají BRB - známé jako vzpěrami zadržované vyztužené rámy, nebo BRBF - mají významné výhody oproti typickým vyztuženým rámům.[1]

Dějiny

Koncept BRB byl vyvinut v Japonsku společností Nippon Steel na konci 80. let[2] a byl znám pod svou obchodní značkou Unbonded Brace. Poprvé byl instalován ve Spojených státech v roce 1999 v Plant & Environmental Sciences Building v VIDÍŠ. Davise.[3] V roce 2002 byly založeny společnosti CoreBrace LLC a Star Seismic LLC,[4][5] a začal konkurovat společnosti Nippon na trhu designu BRB. Používání BRB je v současné době přijímáno a jeho design je regulován aktuálními standardy po celém světě.

Součásti

Tři hlavní komponenty BRB lze rozlišit: ocelové jádro, vrstva zabraňující lepení a plášť.

Ocelové jádro je navrženo tak, aby odolávalo plné axiální síle vyvinuté ve ztužení. Jeho průřezová plocha může být výrazně nižší než u běžných výztuh, protože její výkon není omezen vzpěrami. Jádro se skládá ze střední délky, která je navržena tak, aby se dala neelasticky poddat v případě zemětřesení na konstrukční úrovni a pevných, nepoddajných délek na obou koncích. Zvýšená plocha průřezu nepoddajného úseku zajišťuje, že zůstane elastický, a tedy plasticita je soustředěna ve střední části ocelového jádra. Taková konfigurace poskytuje vysokou spolehlivost v predikci chování a selhání prvku.

Vrstva zabraňující lepení odděluje plášť od jádra. To umožňuje ocelovému jádru odolat plné axiální síle vyvinuté ve ztužení, jak bylo navrženo.

Pouzdro - skrz jeho ohybová tuhost - poskytuje boční podporu proti ohybu jádra. Obvykle se vyrábí z ocelových trubek vyplněných betonem. Kritériem návrhu pláště je poskytnout přiměřené boční zajištění (tj. Tuhost) proti vzpěru ocelového jádra.

Vlastnosti vzpěr zadržovaných vzpěrami

Protože BRB dosahují vysoké úrovně kujnost a stabilní, opakovatelný hysterezní smyčky „BRB mohou absorbovat značné množství energie během cyklických zátěží, například při zemětřesení.

Prevence vzpěru vede k podobné pevnosti a tažnému chování v tlaku a tahu, což ilustruje obálku hysterezních křivek, označovaných také jako páteřní křivka. Tato křivka je považována za důležitý základ praktického návrhu. Přínosné cyklické chování ocelového materiálu lze proto extrapolovat na úroveň prvku, a tedy na celkovou úroveň konstrukce; extrémně disipativní struktura lze navrhnout pomocí BRB.

Experimentální výsledky dokazují tvárné, stabilní a opakovatelné hysteretické chování konstrukcí postavených pomocí BRB.[6][7][8] V závislosti na konfiguraci složených závorek, stavebních předpisů ve Spojených státech[9] umožnit použití faktoru modifikace odezvy až 8, který je srovnatelný se speciálními rámy odolávajícími momentům (SMRF); vyšší modifikace odezvy je spojena s větší tažností, a tedy zvýšeným výkonem po získání. To znamená, že seismické zatížení aplikované na konstrukci je efektivně sníženo, což má za následek menší průřezy pro nosníky a sloupy ztužených rámů, menší nároky na připojení a co je nejdůležitější, zatížení základu se drasticky sníží.

Připojení

Účelem vzpěr zadržovaných vzpěr je rozptýlit boční síly ze sloupů a nosníků. Proto může připojení výztuh k nosníkům a sloupům výrazně ovlivnit výkon výztuhy v případě seismické události. Typicky je výztuha připevněna k styčníkové desce, která je zase přivařena k nosníku a / nebo sloupu, ke kterému bude výztuha připevněna. Pro BRB se obvykle používají tři typy připojení:

  • svařované spojení - vzpěra je plně přivařena k styčníkové desce v poli. I když tato možnost vyžaduje další pracovní hodiny na místě, může zvýšit výkon samotné výztuhy zlepšením mechanismu přenosu síly a potenciálně vést k menším složeným závorkám.
  • šroubové spojení - vzpěra je přišroubována k výztužné desce v poli.
  • pinned connection - výztuha a výztužná deska jsou oba navrženy tak, aby přijímaly kolík, který je vzájemně spojuje a umožňuje volné otáčení. To může být pro konstruktéra výhodné, pokud potřebuje specifikovat připojení typu pinned.

Kromě typu spojení mohou podrobnosti spojení ovlivnit také přenos sil do výztuhy, a tím i jeho konečný výkon. Typicky firma s výztuhami určí správné podrobnosti připojení spolu s rozměry výztuhy.

Výhody

Srovnávací studie stejně jako dokončené stavební projekty potvrzují výhody systémů vyztuženého rámu (BRBF).[10] Systémy BRBF mohou být lepší než jiné běžné disipativní struktury s globálním ohledem na efektivitu nákladů z následujících důvodů:

Vzpěry omezené vzpěrami mají chování rozptylování energie, které je mnohem lepší než chování speciálních soustředně vyztužených rámů (SCBF). Také proto, že jejich faktor chování je vyšší než u většiny ostatních seismických systémů (R = 8), a budovy jsou obvykle navrženy se zvýšenou základní dobou, jsou seismická zatížení obvykle nižší. To zase může vést ke zmenšení velikosti prutu (sloupu a nosníku), menším a jednodušším spojům a menším nárokům na základ. Rovněž BRB se obvykle staví rychleji než SCBF, což vede k úspoře nákladů pro dodavatele. Navíc lze BRB použít v seismické dovybavení. A konečně, v případě zemětřesení, protože poškození je soustředěno na relativně malé ploše (jádro poddajné rovnátka), je vyšetřování a náhrada po zemětřesení relativně snadná.[11]

Nezávislá studie dospěla k závěru, že použití systémů BRBF namísto jiných systémů zemětřesení vedlo k úspoře nákladů na čtvereční stopu až 5 $ za čtvereční stopu.[12]

Nevýhody

Vyztužené vzpěry spoléhají na tažnost ocelového jádra, aby rozptýlily seismickou energii. Jakmile se ocelové jádro poddá, materiál tvrdne a ztuhne. Toto zpevnění práce může představovat zvýšení očekávané síly až na dvojnásobek počáteční meze kluzu. Tato zvýšená tuhost snižuje periodu budovy (neguje některá počáteční zvýšení) a zvyšuje očekávanou odezvu spektrálního zrychlení vyžadující silnější základy a sílu spojení.

Vyztužené vzpěry se spoléhají na tažnost a obecně je nutné je po použití během velkého zemětřesení vyměnit.

Referenční struktury

Levi's Stadium, domov San Francisco 49ers, využívá BRBF pro svůj systém odolávající seismickým silám.

Viz také

  • S. Hussain, P. V. Benschoten, M. A. Satari, S. Lin: Vzpěrné omezené konstrukce vyztuženého rámu: Problémy s analýzou, návrhem a schválením
  • L. Calado, J. M. Proenca, A. Panao, E. Nsieri, A. Rutenberg, R. Levy: Prohitech WP5, inovativní materiály a techniky, vzpěrné výztuhy
  • Bonessio, N., Lomiento, G., Benzoni, G., (2011). Experimentální model vzpěrných výztuh pro optimální design s více výkony. Systémy seizmické izolace a ochrany, sv. 2, č. 1, s. 75–90. doi:10.2140 / siaps.2011.2.75

Reference

  1. ^ „BRBF mají větší tažnost a absorpci energie než SCBF, protože celkové vzpěrné vzpěry a související degradace pevnosti jsou vyloučeny při silách a deformacích odpovídajících posunu konstrukčního příběhu.“ ANSI / AISC 341-10 - Seismická opatření pro stavby z ocelových konstrukcí 2010 vyd. str. 9,1-249. Dostupné v https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 Archivováno 2015-07-22 na Wayback Machine. Zpřístupněno 07-21-2015.
  2. ^ Black, C., Makris, N. a Aiken, I. Testování komponent, analýza stability a charakterizace nevázaných výztuh s omezeným vzpěrami. Září 2002. K dispozici na http://peer.berkeley.edu/publications/peer_reports/reports_2002/0208.pdf Archivováno 2015-07-22 na Wayback Machine. Přístupné 21. 7. 2015.
  3. ^ Unbonded Brace Facts, n.d. http://www.unbondedbrace.com/facts.htm. Zpřístupněno 07-21-2015
  4. ^ CoreBrace, o nás. http://www.corebrace.com/about.html Archivováno 2015-08-26 na Wayback Machine. Zpřístupněno 21. 7. 2015.
  5. ^ Fullmer, Brad, „Trendy v oceli: Systémy BRBF jsou stále populárnější v seismických oblastech.“ Časopis Intermountain Contractor, září 2007, str. 42. Dostupné na http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2013/08/trends_in_Steel.pdf[trvalý mrtvý odkaz ]. Zpřístupněno 21. 7. 2015.
  6. ^ Merritt, S., Uang, Ch.M., Benzoni, G., Subassemblage testing of Star Seismic bouck-restrained braces, Test report, University of California, San Diego, 2003.
  7. ^ Newell, J., Uang, Ch.M., Benzoni, G., Subassemblage Testing of Corebrace Buckling-Restrained Braces (G-Series). Test Report, University of California, San Diego, 2006. Dostupné na http://www.corebrace.com/testing/ucsdG_report.pdf Archivováno 08.06.2015 na Wayback Machine. Přístupné 21. 7. 2015
  8. ^ L. Dunai: Zkouška typu vzpěrných výztuh podle EN 15129 - EWC800 - závěrečná zpráva, 2011. http://www.starseismic.eu/pdf/110315%20Final%20report%20EWC800.pdf. Zpřístupněno 07-21-2015.
  9. ^ Vidět ANSI / AISC 341-10 - Seismická opatření pro budovy z ocelových konstrukcí 2010 vyd. str. 9,1-249. Dostupné v https://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=29248 Archivováno 2015-07-22 na Wayback Machine. Zpřístupněno 07-21-2015.
  10. ^ Dasse Design Inc .: Nákladové výhody vzpěr zadržovaných vyztužených rámových budov. San Francisco, 2009.
  11. ^ Vidět http://www.starseismic.eu/cost_saving pro přehled výhod uvedených v této části.
  12. ^ Moore Lindner Engineering Inc., Porovnání strukturálních nákladů s využitím vzpěrných omezovacích výztuh. Duben 2014. Dostupné na http://www.starseismic.net/wp-content/uploads/2014/06/Structural-Cost-Comparison-Report-14.04.30.pdf Archivováno 24. 09. 2015 na Wayback Machine. Zpřístupněno 07-21-2015.

externí odkazy