屈曲約束支撐鋼框架結構數值模擬和設計方法研究.pdf

1、屈曲約束支撐(BRB)是一種具有高延性和穩(wěn)定耗能能力的金屬屈服型消能構件，在新建結構的設計和已建結構的抗震加固中得到廣泛地應用。已有研究表明傳統(tǒng)抗震設計方法不能充分利用BRB構件高延性和穩(wěn)定耗能的優(yōu)點，而基于性能的設計方法(PBSD)使結構的抗震性能明確，適用于BRB結構的設計。當前多數PBSD方法采用“設計-驗證-再設計”的試算方式完成結構設計，此過程需進行大量非線性時程分析，計算時間長且工作量大。為此，本文在數值模擬和結構抗震能力研

2、究的基礎上，提出了一種適用于屈曲約束支撐鋼框架結構的直接抗震設計方法，主要工作和研究成果如下:
　　(1)介紹了屈曲約束支撐鋼框架結構的數值模擬方法，并基于已有的構件和結構試驗驗證數值模型的有效性，為后續(xù)章節(jié)的算例分析奠定基礎。結果表明:纖維單元能準確模擬鋼柱、鋼梁和組合梁的滯回行為，修正的Menegotto-Pinto模型（SteelMPF模型）能準確模擬出BRB滯回行為的五個基本特征:隨動強化、等向強化、曲線飽滿度、拉壓強度不

3、等、屈服后拉壓剛度不等;無論是結構整體還是構件局部，本文模擬方法均能準確預測振動臺試驗結構的地震響應。
　　(2)比較了屈曲約束支撐和普通支撐鋼框架結構的抗震能力，并應用基于IDA的結構抗倒塌易損性分析方法對屈曲約束支撐鋼框架結構的抗地震倒塌能力進行研究。結果表明:普通支撐受壓屈曲導致普通支撐鋼框架結構的承載力低于屈曲約束支撐鋼框架結構，且結構變形在支撐屈曲的樓層集中，導致普通支撐結構變形和加速度響應也較大;考慮BRB的斷裂行為后

4、屈曲約束支撐鋼框架結構的抗倒塌能力降低，在設計結構時宜選擇具有良好低周疲勞性能和最大變形能力的BRB構件，保證在其他因素引起結構倒塌之前BRB沒有發(fā)生斷裂破壞。
　　(3)參照《建筑工程抗震性態(tài)設計通則》的構架，給出了梁柱鉸接屈曲約束支撐鋼框架結構(BRBF)、BRBF與抗彎框架組成的雙重體系結構(BRBF-MRF)的結構影響系數的建議取值。結果表明:結構層間位移角、殘余位移角和BRB最大延性需求控制結構影響系數C的取值，而BRB

5、累積延性需求對C的取值不起控制作用;建議BRBF、BRBF-MRF的結構影響系數分別取為0.35和0.3。
　　(4)針對BRB放置在抗彎框架中組成的雙重體系結構(BMRF)，應用預設屈服模式、等效彈塑性單自由度體系和彈塑性位移譜，提出了一種無需迭代的性能設計方法。結果表明:按照本文方法設計出的屈曲約束支撐鋼框架結構，能實現預設的“BRB-梁端塑性鉸-柱底塑性鉸”屈服模式，在三個地震水準下層間位移角需求均小于相應的目標位移角，殘余