（国网天津市电力公司经济技术研究院 天津市 300171）
摘要：随着经济的发展，各种大规模的建筑建设越来越多，地震对各种建筑的破坏更加的巨大，不仅影响人们的日常生活，还冲击着国民经济。其中，变电站作为电力系统的重要组成部分，是一个城市重要的生命线工程。一旦遭遇地震破坏，不仅会给电力系统本身带来巨大损失，而且会对区域经济乃至国民经济造成巨大的冲击与危害，对后续抗震救灾工作的开展也会造成巨大困难。此外，大型变电站建设速度及规模不断增长，这使得电力系统对城市的制约作用日益加强，加之变电站结构在地震作用下具有显著的设备-结构共同作用，因此，在超烈度的大震乃至巨震的现实威胁下，对既有大型变电站进行抗震加固就显得至关重要。
关键词：防屈曲支撑；大型变电结构；抗震加固；关键技术；应用
1项目背景
目前在建的高层建筑物中，以钢结构或钢与混凝土组合结构应用最为普遍。在这些建筑结构系统中，大多采用抗弯框架体系以及双重结构体系，特别是以抗弯框架体系最为常用。但是对于应用抗弯框架体系的高层建筑物而言，由于框架的负荷很大，结构的变形往往超过规范规定的极限值，因此结构需要提高整体的刚度。
2关键技术和技术原理
3.1关键技术
基于防屈曲支撑的既有大型变电结构抗震加固技术有两个关键要点，一个是设置能限制弯曲变形的防屈曲系统，另一个则是切断或减少轴力传递的机制。
3.2技术原理
（1）设置能限制弯曲变形的防屈曲系统
对于防屈曲支撑来讲，其首要的技术要点就是利用在支撑外包裹约束构件来对普通支撑受压后的弯曲变形进行限制，保证其由原来的受弯机制能够成为近似轴向受力的机制，所以支撑在受压的方向不会有自身的稳定控制，对于拉压两个方向的滞回特性都是表现出钢材自身材料的力学性能，为了实现支撑受压后还是能够屈服强化，这就为不出现承载力和刚度退化提供了一些可能性。
（2）切断或减少轴力传递的机制
但是上述防屈曲系统并不是十分完美，还会出现的一个问题就是所施加的约束构件与内藏钢支撑之间会存在咬合力（如钢材与混凝土之间的化学粘结力或机械咬合力），这是因为加工方法等原因的导致，这种咬合力会造成约束构件参与分担支撑轴力，进而使得支撑的轴力分布呈现出两端大而中间小的受力特点，这种特性会造成支撑的塑性变形只是集中在端部的区域，而不能够沿全长充分屈服耗能。所以，还应该设置切断机制或着减少轴向力传递的机制（如无空气层间隙或无粘结层）以使轴力都由钢支撑来承受确保完全发挥钢材自身的良好耗能能力，而外包约束构件仅限制支撑受压后的侧向弯曲变形发展，两者具有明确的分工。
4技术方案及应用
4.1技术方案
研究技术方案以既有大型变电站钢筋混泥土框架结构抗震能力、基于防屈曲支撑的既有大型变电站钢筋混泥土框架结构以及基于防屈曲支撑的既有大型变电站钢筋混泥土框架结构抗震特效性和经济性三个板块内容进行。
4.2具体应用研究
选择的既有变电站的外观以及施工现场允许的结构部位设置防屈曲支撑及其连接框架。并且将增设的防屈曲支撑安置在附加钢筋混凝土框架平面内，以防止增设的支撑对既有框架结构产生不利的影响。其中，防屈曲支撑在构造上通常由内核钢芯、外围约束套管和两者之间的无粘结隔离材料三部分组成，钢芯与主体结构相连，是主要的受力构件，在弹性变形范围内为结构提供抗侧刚度。当拉压荷载达到一定程度之后发生屈服，通过滞回变形消耗地震能量。外围约束套管为钢芯提供侧向约束，防止支撑发生受压屈曲，有钢筋混凝土约束套管和外围方钢管与内填混凝土组合约束套管形式。
附加的防屈曲支撑框架与既有框架的连接方式为在梁柱节点外包钢，构造防屈曲支撑与框架的连接板，在原则上，设置防屈曲支撑的位置不能影响使用，附加结构的所有参数根据设定的加固目标进行计算得出的，附加的结构必须参与既有钢筋混凝土框架的减震计算。下图1为防屈曲支撑分解图。
（3）基于防屈曲支撑的既有大型变电站钢筋混凝土框架结构抗震特性及经济性。防屈曲支撑是一种新型的消能减震部件，具有良好的消能减震性能，可用于加固既有钢筋混凝土框架结构，并且在一定程度上减少经济损失。基于防屈曲支撑的既有大型变电站钢筋混凝土框架结构可明显改善结构的破坏形态，改善原因是该技术措施可调整结构内力重分配，减少既有钢筋混凝土柱内剪力、轴力。转移可能在柱内发生的剪压铰，发挥梁的延性作用；通过防屈曲支撑耗能减少了主体结构所吸收 的能量。为了表明防屈曲支撑钢筋混凝土加固的减震能力良好，受力可靠，减震耗能能力良好，可以有效地降低地震反应，可以通过以下几点的分析：
①既有钢筋混凝土框架以及防屈曲支撑钢筋混凝土框架的变形曲线
钢筋混凝土框架结构是目前结构中重要的结构形式，抗侧能力较弱。其抗震性能存在一些缺陷，如荷载传递路径不明确；刚度和强度变化不连续；框架结构的平面和立体面布置欠规整；梁体结构强度大，柱体结构弱；框架梁抗剪强度不足；框架柱抗剪强度不足等。
防屈曲支撑的屈服工作情况对整个结构的抗震性能的提高起到重要作用，如何能保证防屈曲支撑达到预期的屈服位移开始耗能，如何保证支撑在位移较大时还能继续提供较大抗侧力、提高结构阻尼比。
②等效刚度
在等效刚度以及刚度退化方面，防屈曲支撑可以起到增加结构钢都的作用，在大位移下，等效刚度有所减小，耗能增加，这有利于减小地震作用对钢筋混凝土框架的影响。等效刚度的计算分为三种情况。第一种，多遇地震作用下，防屈曲支撑及框架处于弹性状态，防屈曲支撑框架最大位移小于防屈曲支撑屈服位移，支撑仅附加刚度不附加阻尼，等效刚度为防屈曲支撑的弹性刚度和主体框架结构层弹性刚度之和：
结语
通过本文的分析，能够有效地进行防屈曲支撑的既有大型变电结构抗震加固，得到较好的加固效果，值得推广和使用。
参考文献
[1]高燕青,张春生,丁亚红. 钢筋混凝土结构体系抗震加固技术综述[J]. 混凝土,2015,11:129-133.
[2]张扬,赵健,张国伟,吴徽. 防屈曲支撑加固既有混凝土框架结构拟动力试验研究[J]. 工业建筑,2014,01:9-13+23.
论文作者:孟令健,刘文昕,方盛宇,党国毅,李文杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/10
标签：屈曲论文; 结构论文; 刚度论文; 钢筋混凝土论文; 框架论文; 变电站论文; 框架结构论文; 《电力设备》2017年第2期论文;