地震是突发性、破坏性最强的自然灾害之一，能在短时间内造成大量人员伤亡和财产损失，大量建筑结构损坏甚至倒塌，严重危及人民的生命财产安全，因此，建筑物必须进行抗震设计和加固。
传统抗震体系以延性设计为基础，通过增加构件截面尺寸、延缓塑性铰出现等方式进行抗震设计。但在多处大震现场发现，传统抗震设计存在诸多问题，如在设计初期允许结构破坏，虽然能起到一定的抗震作用，但地震发生后结构破坏严重，难以修复；同时，许多设备在地震过程中失去功能，导致城市陷入瘫痪，医院、学校、指挥中心、网络等无法使用，严重影响城市运行。现代城市建设对减震防灾技术提出了新的要求，要求建筑在中震时不破坏，在大震时可修复，在特大地震时不倒塌，形成双重防护要求，满足韧性城市规划的需要。
目前，防震减灾技术已发生重大变革，由传统的硬“抗”抗震体系向软“减震”减震控制体系发展了40多年。其中，抗屈曲支撑是我国应用最为广泛的减震产品之一，具有拉压均匀、承载力高、延性好、耗能能力强等优点。基于此，本文综述了BRB结构形式、BRB框架结构、以及适用于BRB结构的设计方法。
1 BRB形式研究
1.1 BRB的结构
屈曲约束支撑是一种新型钢支撑，由内层芯板、外壳体和中间填充材料三部分组成，其结构如图1所示，内层芯板有多种形式，如直型、十字型、四柱型、H型、组装型等；外壳体也有多种款式，有方形、圆形等。外壳体的约束作用使芯板在受压时不屈曲，并实现全截面屈服，使材料性能得到充分利用。这是屈曲约束支撑与普通支撑的本质区别，传统的填充材料为混凝土或砂浆，但难以摆脱混凝土自重较大的缺点，目前普遍采用橡胶或硅胶层，填充材料的作用是保证芯板与外壳体的相对移动。
图1 屈曲约束支撑结构示意图
芯板、外壳和填充材料的共同作用使屈曲约束支撑不仅能提高结构的侧向刚度，还具有良好的滞回耗能能力，在地震作用下具有良好的耗能减震效果。根据BRB的不同作用，BRB可分为两大类：一类是承载型BRB，主要提高结构的承载能力，提供侧向刚度；一类是吸能型，在重复荷载作用下仍能提供足够的刚度和承载能力。
1.2 核心板研究
芯板是主要的耗能构件，传统的屈曲约束支撑芯板多为直线型或十字型，直线型结构简单，但在压力作用下易产生多波屈曲现象，从而增大外壳与内芯板之间的间隙。十字型芯板具有双轴对称的特点，不易产生多波屈曲，且摩擦力相对较小，Nakamura等的研究表明，十字型芯板较直型芯板具有更低的低频疲劳性能，且更容易产生扭转效应。贾明明等通过试验得出结论，直型试件的滞回性能优于十字型试件。王永贵等在试验中加装了防扭转装置，发现芯板截面形状(十字型、T型和直型)对BRB的滞回性能和破坏模式均没有影响。
由于十字形内芯通常采用焊接结构，将两块钢板焊接成十字形会在焊接位置产生残余应力，降低试件的低周疲劳性能，张文新对十字芯采用不连续焊接方式，并进行了准静态力试验，发现焊接方式对十字芯BRB的失效模式和芯单元的弯曲变形模式影响很大。为改变焊接带来的残余应力与应变的影响，郭立星采用4根角钢拼接成无焊缝截面，通过试验发现，其具有良好的低周疲劳性能，有效避免了焊接残余应力与残余应变，在加载循环过程中，拼接后的角钢不会同时断裂而是分段断裂，表现出良好的阶段性延性特性。
芯板的材料性能会对BRB的破坏性能产生不同程度的影响，钢板的屈服点直接影响试件的低周疲劳性能和滞回能量耗散能力，芯板核心材料LY 225和SN 490如图2所示，研究发现，LY 225芯板的低周疲劳性能和塑性变形能力均优于SN 490，两种不同材料的失效模式不同，LY 225为中部疲劳断裂的延性破坏，SN 490为脆性破坏，而端部加强筋为脆性破坏。陈宏建等对双屈服点直线全钢BRB进行了数值模拟，构件由两根低屈服点钢LY 100和一根高屈服点钢SN组成，研究表明，构件的滞回曲线饱满、稳定。在设计烈度下，LY 100屈服耗能，SN 490保持弹性，提供侧向支撑；在罕遇地震作用下，两种钢材均屈服耗能，可适应不同程度的水平地震作用。
石庆宣等对全钢装配式屈曲约束支撑进行了数值模拟，其芯材为直条低屈服点钢。研究表明，芯材宽厚比、间距比对试件的滞回性能影响较大，细密比越小，试件进入塑性越快。杨璐等对以十字形低屈服点LY 315钢为内核的全钢装配式屈曲约束支撑进行了轴压往复试验，发现采用LY 315钢能有效防止过早屈曲，力学性能稳定，试件滞回曲线饱满，耗能能力良好。
通过在芯板开孔、人为施加薄弱点等方式可以控制屈服位置，周云等、霍林生等分别在工字形芯材和双铝管BRB上开孔，芯单元在开孔位置首先屈服，BRB芯板的能量耗散是通过定点屈服实现的。李国昌等对芯板的开孔方式进行了进一步研究，发现支撑能量耗散能力随芯单元横向开孔率的减小而增大，随纵向开孔率的增大而增大，双排开孔相比单排开孔能耗性能略有提升。
1.3 充填材料研究
芯板与外壳之间的填充对BRB的性能影响很大，主要影响因素为间隙大小和摩擦力大小。BRB受压缩时，芯板会发生屈曲变形。内芯板与外壳接触，在外力作用下，内芯板与外壳之间产生摩擦，导致约束部件也承受一定的轴向力。
有学者研究发现间隙大小影响摩擦力的大小，间隙增大，摩擦力也相应增大；间隙过大，支撑无法承受高阶屈曲模态，核心变化幅度较大，影响屈服性能和疲劳性能；间隙过小钢结构k支撑，支撑核心膨胀受到限制，填充混凝土内力急剧增加。
陈宇利用有限元ANSYS软件研究了摩擦对BRB滞回性能的影响。无摩擦时，构件滞回曲线饱满。随着摩擦的增加，滞回曲线面积减小，耗能能力下降。因此得出结论，摩擦破坏了支撑的耗能能力。当采用无粘结材料填充间隙时，BRB构件可具有良好的滞回性能和抗疲劳性能，无粘结材料可有效减少芯层、外壳与周边之间的摩擦。
1.4 外套管研究
外套筒能有效限制芯板变形，使其产生高阶屈曲模态，有利于芯板屈曲，避免其失稳破坏，其布置方式和位置可提高构件轴压性能和滞回性能。传统外套筒多为钢管混凝土或钢筋混凝土，重量重，不利于加工，目前多为组装式，重量轻，安装方便，结构形式由一体式逐渐向纯钢结构转变。
郭延林等采用高强螺栓将4根周边约束角钢连接成整体，形成四角钢组合约束机构，并对其进行轴压循环试验，发现构件的承载力主要取决于BRB的约束比。
丁婷等人在外壳内壁设置不同形式的加劲管，形成新的周边约束机制，增强了支撑的侧向刚度，有效约束了内芯板的侧向变形，同时通过试验发现纵向加劲方式比横向加劲方式具有更好的抗侧向变形受力性能。
吕蕾等对比了外部套管在不同位置的抗震性能，将圆形钢管约束机构分别置于圆形钢管核心材料的周边和内部，形成外约束和内约束，通过拟静力试验发现，外约束的滞回性能明显优于内约束，内约束更容易出现整体失稳。
Mohamad 等人研究了在外部约束套筒不连续设置的情况下，方形和十字形内芯，确定了适当的约束间距，并减轻了材料重量。研究发现钢结构k支撑，十字芯组件最多可减少砂浆消耗 64%。
郭彦林等提出了一种预应力索支撑抗屈曲支撑构件，通过引入索支撑体系来增加周边约束构件的弯曲刚度，结果表明，预应力索支撑抗屈曲支撑可以有效提高周边约束构件的弯曲刚度，提高约束能力。
1.5 自定心屈曲约束支撑研究
抗屈曲支撑具有较强的耗能能力，能有效减轻地震对建筑物的破坏，但其屈服后的刚度较小，不具备复位能力，地震后一旦产生残余变形，结构很难恢复到初始状态，需更换抗屈曲支撑才能保证结构的安全可靠，但更换抗屈曲支撑操作复杂，成本较高。因此，实现抗屈曲支撑的自复位功能成为当前研究的热点。
目前实现BRB自复位能力的方法主要有三种，第一种是形状记忆合金，形状记忆合金对形状具有记忆功能，通过控制温度条件，可以使结构恢复到原来的形状，同时形状记忆合金可以吸收一定的能量，具有良好的阻尼能力，而且随着形状记忆合金直径的增大，耗能能力也增大。Zhu等将形状记忆合金应用于摩擦型耗能装置，获得了良好的自复位能力。Miller等利用大直径形状记忆合金提供自恢复力，将其与BRB结合，形成自复位BRB装置，在满足大变形自恢复要求的同时，还能提供一定的耗能能力。对屈曲约束支撑进行了研究，发现其具有良好的耗能能力和自复位能力，将此BRB应用于框架结构，可以减小结构的顶层位移响应和层间位移角，具有明显的减震效果。
二是预应力筋。预应力筋是一种很好的复位材料，无论支撑受拉还是受压，预应力筋始终处于伸长状态。有学者在H型钢BRB上加设预应力拉索，采用高强螺栓，装配简单，耗能能力和自复位能力好。王海深等设计了一种三管自复位屈曲约束支撑装置，在内、外管之间设置预应力筋，这种设计能在支撑长度的1/200以内发挥最佳作用。
刘璐等在BRB中采用预应力钢绞线作为复位材料，研究结果表明，自复位屈曲约束支撑基本消除了屈曲约束支撑的残余变形，当预应力等于吸能芯恢复力时，为最优配置；但自复位BRB的轴向变形能力受到预应力钢绞线弹性变形极限的限制。为了克服以上限制，曾鹏等设计了一种将两根预应力筋串联作为复位材料的方法，增加了构件的轴向变形能力，轴向变形是单束预应力钢绞线的2倍。双杆串联预应力筋自复位体系如图2所示。张辉等对串联双筋预应力钢绞线BRB的进一步研究表明：支座的耗能能力随芯板面积的增大而增大，极限变形能力随预应力筋面积的增大而增大；筋材面积不宜过大，否则支座的轴力过大；初张拉力影响预应力筋的残余弹性变形，也影响支座的弹性变形极限，三者对支座的变形能力均有一定影响。
图2 双筋串联预应力筋自复位体系示意图
第三类自复位材料是碟形弹簧，是将薄板簧通过钢板冲压成圆盘状而形成的，简称碟形弹簧。碟形弹簧体积小，承载能力大，缓冲减震能力强，更换方便。
学者们在支架两端设置碟形弹簧作为自复位装置，无论支架受到拉伸还是压缩，碟形弹簧都会产生压缩变形，并具有自恢复能力，其结构工作原理如图3所示。在初始状态下，碟形弹簧处于松弛状态，没有任何力作用在碟形弹簧上；当构件受到拉伸或压缩时，内芯板和外套管上的凹槽会挤压碟形弹簧，使碟形弹簧产生压缩变形。当外力释放后，碟形弹簧会推动内芯板和外套管恢复到初始状态，使BRB结构恢复到原始状态。但碟形弹簧间的摩擦系数会影响碟形弹簧的承载能力，会产生微小的残余变形，从而限制碟形弹簧的使用数量，进而影响整个支架的复位能力。
（一个）
（二）
（三）
图3 碟簧支撑工作原理示意图
（a）拉伸状态；（b）初始状态；（c）压缩状态
有学者将多种自复位装置组合于BRB构件中，形成组合应用。张朝忠等在组装式屈曲约束支撑中采用两组预应力钢绞线与组合碟簧串联设置，利用组合碟簧的伸长变形和压缩变形提供恢复力。研究结果表明，碟簧组合压缩后，支撑刚度明显增大，可减小层间变形集中效应，减缓强震下结构的变形速度。
目前研究的自复位屈曲约束支具的三种自复位材料各有优缺点，形状记忆合金能产生良好的自复位能力，但价格昂贵，且性能受温度影响较大；碟形弹簧具有良好的自复位能力，但碟形弹簧间的摩擦力会影响其自复位能力。
2 BRB在框架结构中的应用
2.1 BRB框架结构研究
抗屈曲支撑可以提高框架结构的抗侧刚度，同时也能提高结构的抗震性能。在地震作用下，抗屈曲支撑相当于“保险丝”，为结构提供第一道防线，发生内力重分布，框架结构成为第二道防线，依然具有抗震能力。因此，BRB框架结构是一种具有双重抗侧力体系的耗能减震结构，布置BRB时应使结构两主轴方向的动力特性相近，并尽量使结构的质量中心和刚度中心重合，以减弱扭转地震效应。同时也要避免局部刚度减弱或薄弱部位突变而造成过大的应力集中或塑性变形集中。
学者们在框架结构中设置BRB，可有效提高框架结构的侧向刚度和抗震性能。乔金丽等对设置和不设置人字形屈曲约束支撑的框架结构受力机理及传力机理进行了研究，发现安装屈曲约束支撑的混凝土框架与普通混凝土框架相比，其滞回性能和耗能能力有明显提高。缪杰将弹簧式自复位屈曲约束支撑应用于框架结构，并进行了OpenSees有限元分析，发现该类BRB能有效地将框架结构的残余位移降低到可忽略的范围。李国昌等将BRB应用于高层混凝土结构，建立了屈曲约束支撑框架-核心筒混合结构模型，研究结果表明，通过适当布置BRB装置，可增加结构的扭转刚度，减小结构的地震反应。
不同形式的BRB会影响框架结构的抗震加固性能，顾鲁忠等研究了采用普通梁单斜支撑、宽扁梁单斜支撑、普通梁人字形支撑3种BRB形式的框架结构的抗震性能，通过对裂缝开展情况的分析可知，框架梁柱具有良好的屈服机制，宽扁梁单斜支撑和普通梁人字形支撑的受力机制更为合理；王永贵等研究了倒V形布置和单斜布置两种支撑布置形式的框架结构的抗震性能，结果表明倒V形布置形式的抗震性能优于单斜布置形式的框架结构。
吴晖等研究了预埋钢筋加固和抗剪键加固两种加固方法下框架结构的抗震性能，通过拟静力抗震试验及Perform-3D软件的非线性模拟，分析了结构的变形性能、承载能力等特性。结果表明，两种加固方法均能提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能，且锚固加固方法稳定性更好。
2.2 BRB框架结构节点研究
在地震作用下，框架结构的柱端及梁柱节点极易发生破坏，导致结构失去承载力而倒塌，可通过增设剪力墙进行加固，但这会影响建筑的采光性能。在结构上增设剪力墙可避免因剪力墙而导致的建筑采光问题，在国内多次地震中，相当一部分混凝土框架结构在柱、梁节点核心区发生破坏，违背了强节点设计理念及强锚固设计的初衷。因此，在BRB框架结构中，节点的设计与加固成为必然的研究方向。
吴克川等研究了不同刚度比下屈曲约束支撑钢筋混凝土框架的抗震性能，发现刚度比越大，构件节点损伤越严重。
有学者对普通梁柱节点和带支撑梁柱节点进行了分析，通过有限元软件分析了节点位移和转角的变化趋势，由于设计时考虑了节点的转动能力，带支撑梁柱节点的抗震性能低于普通梁柱节点的抗震性能，但更接近实际。
王景峰等对整体式和隐蔽钢支撑式两种不同类型的梁柱节点进行了研究，发现隐蔽钢支撑式梁柱节点的框架结构整体性能优于整体式梁柱节点。约束支撑与混凝土之间的T形连接节点。结果表明，新型T形钢锚节点可使塑性铰转移到节点区以外的梁柱区域，连接节点稳定可靠，力传递明确。
朱江等研究了不同应力状态下BRB混凝土框架结构边缘节点处节点裂缝及变形的发展过程，明确了节点的极限状态及破坏状态，研究结果表明：梁的纵筋率及梁柱线刚度对节点的弹性性能有显著影响，而轴压比对节点性能影响不大。
马传政等对采用BRB和H型钢弱化节点的方钢管高强混凝土柱的力学性能进行了研究，结果表明：弱化节点梁端塑性铰出现在弱化位置，梁端翼缘的弱化起到了使塑性铰向外移动的作用，减少了节点区域的应力集中，有利于实现“强柱、弱梁、强节点”的抗震设计目标。
Bai等提出了一种新的BRB与框架连接方法，通过剪力连接件将节点板与RC构件完全连接，以实现新型框架结构中BRB与RC更加可靠的连接，该连接方法具有良好的抗震性能和稳定的耗能性能。
3 设计方法研究
初步设计的防御目标是：在多遇地震作用下，主体结构及钢筋框架处于弹性状态；在设计烈度的地震作用下，抗屈曲支撑消耗地震能量，主体结构可能开裂但不屈服，在罕遇地震作用下结构不倒塌。
两阶段设计、三级设防目标是目前常用的抗震设计方法，但传统的抗震设计由于无法预测和判断地震发生时间和地震能量的大小，无法经济有效地利用资源，也无法很好地达到预定的防震强度，因此需要进一步完善现有的抗震理论，探索结构抗震或承受地震能量的新方法。
张家光等提出了基于最弱塑性铰的钢筋混凝土框架层间变形能力简化计算方法，该设计方法可以避免在增设抗震支座的同时对不符合要求的主要结构构件进行局部抗震加固。
李小龙等基于刚度补偿概念提出了一种抗屈曲支撑消除软弱层的简化设计方法，研究结果表明：抗屈曲支撑对消除软弱层效果显著且支撑布置在中心位置时效果最佳，且能达到多震时不屈服、罕遇地震时屈服耗能的要求。
王宏伟等对采用固定侧向刚度比和变侧向刚度比设计的屈曲约束支撑钢结构进行了对比研究，探究了屈曲约束支撑钢结构设计中支撑的最优布置方式，结果表明，采用可变K值进行设计要优于固定K值，如果设计达到同样的性能目标，可变K值所需的支撑截面比固定K值要小。
潘毅等提出了基于剪力比的BRB框架结构抗震设计方法，设计了多个不同剪力比的结构，采用SAP2000建模，通过非线性分析研究了结构在强震下的抗震性能。结果表明：抗屈曲支撑设置比例的合理范围取决于最大层间位移角和BRB耗能比。
4 结论
目前，屈曲约束支撑研究领域不断有创新和突破，但仍存在许多问题需要解决。在理论分析方面，对芯材局部屈曲的考虑较为简单，尚无系统的防止局部屈曲的机理。在支撑试验方面，多数试验在支撑端部的处理上存在一定的弊端。在模型分析方面，多数模型对于屈曲约束支撑与结构的连接进行了理想化处理，可能无法真实反映支撑的作用和性能。研究可从以下几个方面开展。
（1）研究不同形式BRB的性能。通过改变支撑核心筒的形式和周边约束的形式，可以提高BRB的滞回性能和耗能能力。
(2)在BRB中增加自复位系统，使自复位BRB不仅能提供侧向抗力，还能实现自身复位，保证结构在地震后能够正常运行。
（3）以不同形式的框架结构添加BRB，并研究BRB框架结构的协作工作机制。
（4）研究BRB框架结构的设计方法。
摘录摘自2023年3月的“建筑技术”，Ding Lei
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