低屈服点钢防屈曲支撑及其框架抗震性能研究

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1、低屈服点钢防屈曲支撑及其框架抗震性能研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：王佼姣指导教师：石永久教授二○一五年六月SeismicPerformanceontheBuckling-RestrainedBracesandBuckling-RestrainedBracedFrameswithLow-Yield-PointSteelDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosoph

2、yinCivilEngineeringbyWangJiaojiaoDissertationSupervisor:ProfessorShiYongjiuJune,2015摘要摘要防屈曲支撑可以解决普通支撑在地震往复作用下的受压屈曲问题，具有稳定的承载力。低屈服点钢初始屈服强度低，强屈比高，延性好，将其作为内核材料的防屈曲支撑，在地震中较早屈服，通过塑性变形耗能减震，像“保险丝”一样保护主体结构的安全。带有低屈服点钢防屈曲支撑的钢框架是一种高效的抗震结构体系。本文通过试验研究、理论分析和数值模拟，从低屈服点钢的材料性能出发，对低屈服点钢防屈曲支撑及其框架的抗震性能进行了系统的研究

3、和评价，并给出了设计建议。本文的主要研究内容包括以下6个方面：（1）通过试验测定了20个低屈服点钢材试件的单调和循环加载性能，标定了混合强化参数并进行验证，为低屈服点钢的计算分析提供了基础数据（第2章）。（2）完成了低屈服点钢材为内核材料的防屈曲支撑的滞回性能试验，采用第2章的数据，在通用有限元软件ABAQUS中对试验进行了数值模拟。通过86个防屈曲支撑数值算例的计算结果，给出了支撑关键几何参数的设计建议（第3章）。（3）结合第3章的试验和数值模拟结果，通过分析支撑的宏观荷载－位移曲线的特点，提出防屈曲支撑的等效模型，比较了支撑采用精细化有限元模型的多尺度框架－支撑结构和支撑

4、采用等效模型的简化框架－支撑结构在静力和动力时程下的结果，并通过振动台试验验证了简化模型的准确性（第4章）。（4）完成了低屈服点钢防屈曲支撑框架、2类普通支撑框架、2类普通强度防屈曲支撑框架各9组结构和6个纯框架的共计408组罕遇地震时程分析，从构件状态、层剪力、层间位移等方面比较了不同结构的性能；通过低屈服点钢防屈曲支撑框架的增量动力分析，研究了其两道抗震防线的工作机理（第5章）。（5）完成了51个低屈服点钢防屈曲支撑框架和3个纯框架共计3024组动力时程分析，基于层间位移角和构件损伤指标定义了不同的性能水平，对低屈服点钢防屈曲支撑框架结构进行了抗震性能评价和易损性分析，比

5、较了支撑刚度和形式以及层数的影响，给出了各结构层间位移角或构件损伤指标随地震动强度的变化曲线，以预测结构在给定地震动强度下的性能水平（第6章部分）。（6）考虑低屈服点钢材的刚度退化特点，提出了低屈服点钢防屈曲支撑在结构中的设计方法；给出了低屈服点钢防屈曲支撑超强系数的建议值；按不同结构类型，给出了不同性能目标所需支撑的最小刚度列表，为该结构的性能化设计提供了实用建议（第6章部分）。关键词：低屈服点钢；防屈曲支撑；框架支撑体系；性能化设计IAbstractAbstractBuckling-restrainedbraces(BRBs)cansolvethebucklingprob

6、lemofcommonbracesundercyclicloadingduringearthquakeandhavestablebearingcapacity.Low-yield-point(LYP)steelhaslowinitialyieldstrengthalongwithhighultimate-to-yieldstrengthratioandgoodductility.BRBsusingLYPsteelastheinnercorecouldyieldbeforethemajorstructuralmembersanddissipateearthquakeenergy

7、throughlargeplasticdeformation.Asaresult,BRBswithLYPsteelcouldprotectthemainstructure,whichisjustlikethefuse.Structuralsystemofbuckling-restrainedbracedframes(BRBFs)withLYPsteelisatypeoftheefficientearthquake-resistingstructuralsystems.Basedonthebehavior