防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能及设计方法研究

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1、西安建筑科技大学博士学位论文防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能及设计方法研究专业：结构工程博士生：刘如月指导老师：杨勇教授摘要混凝土框架结构作为我国建筑结构主要的结构体系，具有应用灵活，经济效益好等特点。然而，许多震害表明，在地震作用下，混凝土框架结构由于其抗侧刚度有限，容易产生较大侧向变形甚至发生整体倒塌或局部压溃破坏。此外，在我国存在大量的既有混凝土框架结构，由于建造时抗震设防水平较低、使用功能改变和结构耐久性退化等原因，导致其抗震性能不足，在地震作用下结构容易产生严重的破坏甚至发生倒塌，对人类生命财产造成极大的威胁。因此，无论是对于新建还是既有混凝土框架结构，亟需相应

2、的措施提高其抗震性能以满足我国现行抗震规范的相关要求。防屈曲支撑混凝土框架结构作为一种新兴的结构体系，在地震作用下利用防屈曲支撑耗散大量的地震输入能量，保持主体框架结构稳定的抗震性能，在实际工程中的应用越来越广泛。防屈曲支撑混凝土框架结构具有显著和突出的性能优势，防屈曲支撑能显著提高结构的刚度和承载力，改善结构整体抗震性能，通过本身的塑性变形耗散大部分的地震能量，从而大幅度降低了地震作用下主体框架结构的破坏，且防屈曲支撑在拉压荷载作用下均能发生屈服的力学性能有效解决了普通支撑中存在的压曲问题。但是目前对于防屈曲支撑框架结构的研究主要是针对防屈曲支撑钢框架结构，将防屈曲支撑

3、应用到混凝土框架结构的研究相对较少，对防屈曲偏心支撑混凝土框架的研究更为缺乏，且缺少一套对于防屈曲支撑混凝土框架结构简单适用的设计方法。本文主要对防屈曲支撑混凝土框架结构的抗震性能及其设计方法进行相关研究，主要的研究内容及其结论如下：（1）对不同防屈曲支撑形式下的防屈曲支撑混凝土框架结构进行拟静力试验以分析防屈曲支撑对于混凝土框架结构性能的影响。在节点及梁柱端布置钢带以改善其变形能力，保证框架结构有足够的延性，使防屈曲支撑性能得到充分发挥。试验中主要研究了混凝土框架结构及防屈曲支撑混凝土框架结构的不同阶段梁、柱及防屈曲支撑的破坏情况及最终的破坏形态，分析了滞回曲线、承载能

4、力、侧西安建筑科技大学博士学位论文向刚度、耗能能力、延性性能等不同的抗震性能指标。研究发现：钢带可以有效改善梁柱及节点的变形能力，提高框架结构的延性；与未设置防屈曲支撑的试件相比，防屈曲支撑可以有效提高混凝土框架结构的抗震性能。（2）采用有限元软件Abaqus和Opensees对防屈曲支撑混凝土框架结构进行有限元非线性分析。通过数值计算结果和试验结果的对比，验证了分析模型的准确性，并在此基础上进行了轴压比，抗侧刚度比，耗能梁长度等参数对于防屈曲支撑混凝土框架结构性能影响的研究分析。有限元数值分析结果表明，防屈曲支撑的布置方式对于整体结构的受力性能有着明显的影响，轴压比小于

5、0.6时对整体结构的受力性能影响相对较小。（3）通过对防屈曲支撑混凝土框架结构受力机理进行分析，发现防屈曲支撑框架结构的屈服位移主要由构件的屈服强度决定，和构件的刚度无关；通过对其减震原理的理论分析，研究了结构的抗侧刚度比和结构变形等对防屈曲支撑有效附加阻尼比的影响规律。（4）在已有的基于性能的抗震设计方法的基础上，结合文章中相关的理论分析过程，利用结构的性能目标和防屈曲支撑的剪力比，提出了直接基于位移的抗震设计方法，并通过设计的算例模型说明了该设计方法的可行性。关键词：防屈曲支撑；混凝土框架结构；有限元分析；抗震性能；设计方法论文类型：应用基础研究基金项目：国家重点研发

6、计划子课题（2016YFC0701403）防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能试验研究（横向课题，柳州东方工程橡胶制品有限公司）西安建筑科技大学博士学位论文Studyonseismicbehavioranddesignmethodofreinforcedconcreteframewithbuckling-restrainedbracesSpecialty:StructuralEngineeringName:LiuRuyueInstructor:Prof.YangYongABSTRACTReinforcedconcreteframes(RCframes)isoneoftheco

7、mmonstructuralsysteminChina,whichhaveflexibilityinapplication,goodeconomicbenefit.However,itwasalwaysfoundthatRCframesdeformedseriouslyorcollapsedunderearthquakeduetolimitedlateralstiffness.Besides,manyexistedRCframesdon’thavesufficientcapacitytoresistearthquake,due