基于損傷控制的屈曲約束支撐框架多指標(biāo)評價及設(shè)計方法研究.pdf

1、屈曲約束支撐(BRB)屈服后剛度較低，且地震時所有樓層的BRB并不能同時屈服，某一層或某幾層BRB的屈服會造成結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段后不同樓層間剛度的突變，以BRB為主要抗側(cè)體系的結(jié)構(gòu)，其變形和損傷容易在層間集中，震后結(jié)構(gòu)殘余變形較大，進而產(chǎn)生明顯的損傷集中效應(yīng)。本文從結(jié)構(gòu)體系層次出發(fā)，主要以屈曲約束支撐框架(BRBF)結(jié)構(gòu)為研究對象，以減輕其損傷集中效應(yīng)為研究目的，系統(tǒng)地開展了結(jié)構(gòu)多指標(biāo)評價與設(shè)計方法研究。
　　以層間位移不均勻系數(shù)

2、為衡量結(jié)構(gòu)損傷集中效應(yīng)的主要指標(biāo)，對比了不同結(jié)構(gòu)體系和不同框架梁柱連接方式結(jié)構(gòu)的損傷集中效應(yīng)，分析了BRB-框架剛度比、支撐屈服后剛度比、梁柱抗彎強度比和層間BRB面積比四種參數(shù)對BRBF損傷集中效應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:BRBF在個別層BRB屈服后具有較明顯的損傷集中效應(yīng)，BRB-框架剛度比、梁柱抗彎強度比、樓層間BRB面積相差越大、支撐屈服后剛度比越小時，BRBF的損傷集中效應(yīng)越明顯。
　　提出了基于增量動力分析的多指標(biāo)抗震能

3、力評估方法，進一步揭示了BRBF的損傷集中效應(yīng)及其影響因素。推導(dǎo)了不同柱端彎矩比下的“強柱弱梁”計算公式，理論分析了支撐屈服后BRBF中框架彎矩的分布規(guī)律，指出BRBF中支撐屈服會導(dǎo)致該層節(jié)點柱端彎矩反向而增大，框架易呈現(xiàn)柱鉸機制，其“強柱弱梁”抗震措施應(yīng)比框架結(jié)構(gòu)更嚴格。
　　在結(jié)構(gòu)布置層次上，對BRBF進行了損傷控制研究。分別以位移和層間位移不均勻系數(shù)為衡量多高層BRBF地震損傷程度和損傷集中效應(yīng)的性能指標(biāo)，分析了支撐和框架間

4、以及樓層間支撐較優(yōu)且經(jīng)濟適用的布置原則。以“上層BRB屈服應(yīng)發(fā)生在下層框架屈服之前”為性能目標(biāo)，推導(dǎo)了層間BRB面積比上限值的理論公式。在上述簡化布置原則的基礎(chǔ)上，給出了BRBF基于力的設(shè)計流程。
　　總結(jié)了BRBF基于能量、等效阻尼比和彈塑性位移反應(yīng)譜的抗震設(shè)計方法，進行了單自由度體系等位移原則的驗證。以罕遇地震下主體框架整體屈服位移為目標(biāo)位移來控制結(jié)構(gòu)的損傷集中效應(yīng)，利用彈性位移設(shè)計譜確定結(jié)構(gòu)的目標(biāo)周期，提出了一種直接確定BR

5、B面積的簡化抗震設(shè)計方法。利用該設(shè)計方法對一榀6層3跨屈曲約束支撐鋼框架進行了設(shè)計，并對設(shè)計結(jié)果進行了多條地震波的時程分析來驗證該設(shè)計方法的精度。最后，給出了支撐屈服強度對設(shè)計方法精度以及結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。
　　基于損傷均勻的設(shè)計理念，提出了搖擺墻-屈曲約束支撐框架(RW-BRBF)結(jié)構(gòu)體系?；谶B續(xù)化分析模型，推導(dǎo)了典型水平力作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移公式，進而得到罕遇地震下?lián)u擺墻剛度和強度需求的近似求解公式。提出了直接確定BRB

6、面積和搖擺墻剛度及強度需求的簡化抗震設(shè)計流程，算例分析驗證了該設(shè)計流程的精度。比較了BRBF、抗彎框架、搖擺墻-框架和RW-BRBF的抗震性能。
　　提出了底部帶屈曲約束支撐鉸支墻(HWBB)，其可視為一種高延性損傷可控型剪力墻。介紹了HWBB的設(shè)計理念，推導(dǎo)了其等效計算模型，分析了其抗震性能。在此基礎(chǔ)上，針對基于耗能集中設(shè)計的底部帶BRB鉸支墻框架(HWBBF)結(jié)構(gòu)體系，給出了直接確定底部BRB面積和搖擺墻剛度及強度需求的簡化抗