屈曲约束支撑-混凝土框架结构地震作用下破坏机理与设计方法研究

Reinforced concrete frame structure with buckling restrained brace is a kind of multi-lateral resistant structure system, which is composed of buckling restrained braces and reinforced concrete frame. The yielding of many buckling restrained braces would dissipate lots of earthquake energy, which would protect the concrete column and beam and remarkably improve the seismic behavior of the structure. Based on experimental results of the embedded steel bars anchorage connections for buckling restrained braces, the spring mechanism model is adopted to simulate the embedded steel bar. The practical design approach to design the joint is present. To calculate the braces stiffness accurately, the effect of the joints stiffness should be considered. So the brace component stiffness is presented, which is serial brace and joints stiffness. The ratio of the brace component stiffness to frame bending stiffness and the ratio of brace yielding capacity to frame shear capacity are the key factors for reinforced concrete frame structure with buckling restrained brace. The optimal failure mode of the structure can be achieved by adjust the two ratios. A practical table of the two ratios is presented by parameter analysis. Shaking table tests of reinforced concrete frame structure with buckling restrained brace are carried out to verify the reliability of theory analysis.

屈曲约束支撑-混凝土框架结构是在混凝土框架结构中设置屈曲约束支撑作为抗侧力构件以及主要耗能元件的结构体系。屈曲约束支撑率先屈服可耗散大量地震能量，对混凝土框架起到保护作用，提高结构的抗震性能。在已有的支撑与混凝土连接的预埋钢筋节点试验基础上提出一种弹簧单元力学计算模型，基于该模型得到节点承载力实用计算方法。为精确计算支撑实际刚度，提出支撑组件刚度的概念。利用支撑组件刚度与混凝土框架抗弯刚度比值、支撑屈服承载力与混凝土框架的楼层抗剪承载力比值两项指标作为结构获得最优破坏模式的控制参数，保证屈曲约束支撑屈服后框架梁再屈服的屈服准则。通过总结理论分析结果，提出不同高宽比、不同烈度区刚度比和屈服强度比的实用查询表格。进行屈曲约束支撑-混凝土框架结构的模拟地震振动台试验，验证按照最优刚度比和屈服强度比设计的结构可靠性和破坏机理。

在混凝土框架结构中设置屈曲约束支撑构件，能够提高结构抗侧刚度，且屈曲约束支撑可作为主要耗能构件，提高结构耗能能力。在结构分析过程中，要保证预埋件、节点、构件模拟方法准确，从而获得准确的内力，并依据分析内力进行构件设计。本项目基于改进平行力法，提出了屈曲约束支撑节点内力分析方法，并给出节点焊缝合理分摊系数。根据节点内力，可直接进行预埋件、节点板的设计。给出了屈曲约束支撑节点刚度计算方法，分析了不同刚度比下结构地震反应变化规律，给出保证罕遇地震下结构安全的最佳刚度比范围。提出了低层装配式混凝土框架－屈曲约束支撑结构体系，研发了与之适应的不同类型屈曲约束支撑构件，并进行构件的抗震性能试验，试验结果表明通过新型支撑构件抗震性能满足规范要求，且易于制作、修复。通过缩尺比例为1/5的振动台试验，对比了框架模型以及屈曲约束支撑-混凝土框架结构模型的地震反应。试验结果验证了采用本研究结果所设计的屈曲约束支撑-混凝土框架结构的破坏机理以及设计方法合理性，振动台试验结果表明屈曲约束支撑对结构剪力基本无减震控制效果，但能够显著降低结构位移反应。在混凝土结构中设置屈曲约束构件，当套筒采用钢管混凝土约束时，无防火涂料的的屈曲约束支撑在3小时受火条件下，满足规程的承载力设计要求，可仅在芯板端部无约束段涂、芯板约束不屈服段的长度范围内套筒涂刷防火涂料。