屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬和設(shè)計(jì)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(gòu)件，在新建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和已建結(jié)構(gòu)的抗震加固中得到廣泛地應(yīng)用。已有研究表明傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法不能充分利用BRB構(gòu)件高延性和穩(wěn)定耗能的優(yōu)點(diǎn)，而基于性能的設(shè)計(jì)方法(PBSD)使結(jié)構(gòu)的抗震性能明確，適用于BRB結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。當(dāng)前多數(shù)PBSD方法采用“設(shè)計(jì)-驗(yàn)證-再設(shè)計(jì)”的試算方式完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此過(guò)程需進(jìn)行大量非線性時(shí)程分析，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)且工作量大。為此，本文在數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)抗震能力研

2、究的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的直接抗震設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬方法，并基于已有的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值模型的有效性，為后續(xù)章節(jié)的算例分析奠定基礎(chǔ)。結(jié)果表明:纖維單元能準(zhǔn)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(zhǔn)確模擬出BRB滯回行為的五個(gè)基本特征:隨動(dòng)強(qiáng)化、等向強(qiáng)化、曲線飽滿度、拉壓強(qiáng)度不

3、等、屈服后拉壓剛度不等;無(wú)論是結(jié)構(gòu)整體還是構(gòu)件局部，本文模擬方法均能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。
　　(2)比較了屈曲約束支撐和普通支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，并應(yīng)用基于IDA的結(jié)構(gòu)抗倒塌易損性分析方法對(duì)屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力進(jìn)行研究。結(jié)果表明:普通支撐受壓屈曲導(dǎo)致普通支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的承載力低于屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)變形在支撐屈曲的樓層集中，導(dǎo)致普通支撐結(jié)構(gòu)變形和加速度響應(yīng)也較大;考慮BRB的斷裂行為后

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

5、累積延性需求對(duì)C的取值不起控制作用;建議BRBF、BRBF-MRF的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)分別取為0.35和0.3。
　　(4)針對(duì)BRB放置在抗彎框架中組成的雙重體系結(jié)構(gòu)(BMRF)，應(yīng)用預(yù)設(shè)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(wú)需迭代的性能設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明:按照本文方法設(shè)計(jì)出的屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的“BRB-梁端塑性鉸-柱底塑性鉸”屈服模式，在三個(gè)地震水準(zhǔn)下層間位移角需求均小于相應(yīng)的目標(biāo)位移角，殘余