预拉杆式自定心屈曲约束支撑框架结构的抗震性能分析

发布时间：2018-10-25 18:12

【摘要】：屈曲约束支撑(BRB)具有良好的耗能能力,是减轻结构震害的有效手段。但由于其屈服后刚度较低,BRB框架在强震作用下易产生较大残余变形,增加了结构震后修复的难度和成本。为解决该问题,可在BRB中引入预拉杆式自定心(SC)系统,形成自定心屈曲约束支撑(SC-BRB),使支撑同时具有良好的耗能能力与自定心能力。与BRB相比,由于自定心系统的引入,SC-BRB滞回性能参数更多,对支撑框架结构抗震性能的影响机理更为复杂。但目前有关SC-BRB框架抗震性能的研究仍较为匮乏,对于SC-BRB框架的抗震设计方法的研究亦很少,从而限制了SC-BRB的推广与应用。为此,本文分别针对SC-BRB铰接框架和双重体系,考虑不同层数的情况,深入研究关键设计参数对SC-BRB框架抗震性能的影响规律,在此基础上,建立SC-BRB框架直接基于位移的设计方法和流程,主要内容包括：(1)分析了预拉杆式SC-BRB的构造、工作机理及其关键构造参数与滞回力学参数的关系,建立了可用于SC-BRB滞回性能分析的OpenSees精细有限元模型,并结合SC-BRB构件的拟静力试验结果,研究了套管长度误差对自定心系统初始刚度的影响机理,确定了自定心系统初始刚度的变化范围,为后续SC-BRB框架的有限元建模及其参数化分析奠定基础；(2)针对SC-BRB在强震下可能出现的预拉杆断裂问题,研究了支撑端部摩擦装置的设置和模拟,建立了可用于框架抗震性能分析的SC-BRB简化有限元模型；基于美国ASCE7-10规范,设计了4层、8层和12层SC-BRB铰接框架和SC-BRB双重体系算例,通过Pushover分析和非线性时程分析研究了SC系统初始刚度的变化对结构抗震性能的影响,结果表明在SC-BRB结构设计过程中,采用考虑套管长度误差因素的最小SC系统初始刚度是偏安全的；(3)针对SC-BRB铰接框架,选取两组各20条地震波代表设计地震和罕遇地震,通过非线性时程分析,研究了地震作用折减系数R、第二刚度比α,屈服强度比β和摩擦启动位移角θa等参数对不同层数支撑铰接框架主要抗震性能指标的影响规律,结果表明：R值的减小能较大程度减小结构的层间位移和残余位移,建议对短周期和长周期结构分别取6和8；α增大能减小结构的层间位移角,并改善结构变形不均匀程度,建议取值为0.1～0.2；β减小能有效减小结构的层间位移角,但残余位移角会随之增大,建议取为1.0～1.62；θa增大会使结构的残余位移角变小,因此在保证预拉杆不断裂情况下尽可能取大值。(4)针对SC-BRB双重体系开展了抗震性能的参数化分析,除SC-BRB铰接框架中所讨论的参数外,还包括了支撑-框架刚度比αB/M,结果表明：αB/M减小有利于改善结构的薄弱层效应,但取值过小时可能导致最大层间位移角和残余位移角增大,建议取为1.0～3.0;R值大小与αB/M选取有关,当αB/M较大时,R值应适当减小；α的影响规律同铰接框架,建议也取为0.1～0.2；β减小会使结构层间位移角减小,但对残余位移角影响较小,建议取为0.5～1.0；θa增大能同时减小结构的层间位移角和损伤集中系数。(5)针对SC-BRB框架的特点,采用最大位移和残余变形双重控制的理念,提出了SC-BRB框架的三种性能目标；基于抗震性能的参数化分析结果,建立了残余位移角与最大位移角的简化统计关系;针对端部带摩擦装置的SC-BRB滞回特征,推导了等效阻尼比的计算公式,建立了等效线性化过程中SC-BRB结构等效刚度的折减方法；在此基础上,建立了SC-BRB框架直接基于位移的抗震设计方法和流程,结果表明该方法计算简便,无需迭代,且能较好地实现结构最大和残余位移的双重控制。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU352.11

【参考文献】