自复位防屈曲支撑的性能及其结构抗震设计方法

A Self-centering Buckling-restrained Brace(SCBRB) can maintain sufficient energy dissipation capacity without introducing residual deformation if properly designed, so it is supposed to have better performance under earthquakes, compared with a traditional Buckling-restrained Brace. However,researches on self-centering materials which can obviously affect the behavior of SCBRBs are quite limited by now and are expected to do far better. In order to circumvent the above problems, the project will launch some work on that. Furthermore, due to the unique hysteretic behavior of SCBRB frame buildings, improved evaluation methods and structural design method that can adapt to such hysteresis are badly needed. Based on statistical studies of Equivalent Linearization Method (ELM)and nonlinear displacement ratios of a huge amount of SCBRB frame buildings, the modification factor for the ELM and the equation of displacement ratios can be proposed. Finally, a brand new direct displacement-based design method for SCBRB systems and other braced frame buildings will be put forward. This project aims to unfold an improved understanding for both SCBRBs and SCBRB buildings, thus improving the performance of SCBRBs and affording design theory for buildings with SCBRBs.

与传统防屈曲支撑相比，自复位防屈曲支撑可减少或者消除震后残余变形，经过合理的设计，便可得到良好的复位效果和足够的耗能能力。构件层面上，复位材料的发展仍然具有很大的空间，因此本项目将开展新型复合材料的相关研究。结构层面上，这种新型结构的恢复力模型较为特殊，因此需要提出与其相适应的静力分析方法及结构设计方法用于结构评估及设计。本项目将基于自复位防屈曲支撑结构，通过大量的统计分析改进或研究等效线性化方法和位移比谱方法，给出修正系数或者提出计算公式，用于直接精确地计算该种结构在地震作用下的位移。最后，将基于该种结构，提出一种全新的直接基于位移的设计方法，并将该方法推广于其他支撑框架结构。本项目旨在结构和构件两个层面开展自复位支撑结构的研究，改进该种支撑的性能并且为安装有该种支撑的结构设计提供理论指导。

自复位支撑能够减少或消除传统结构的残余变形，可以很好地解决大震下的修复费用过高需要重建这一问题。因此更适应基于性能的抗震设计理念，故在近年获得较多关注。防屈曲支撑虽能有效降低结构最大位移反应，但在中到大震时主体结构仍会有明显损坏，不利于震后修复及继续使用。鉴于其稳定的耗能能力，将自复位的概念与之结合，便得到自复位防屈曲支撑。多国学者分别提出不同构造的自复位防屈曲支撑。申请者以两个钢管作为支撑的约束和传力系统，采用钢绞线作为复位材料，得到了一种新型的自复位防屈曲支撑（SCBRB）。锚固方便，并降低了成本。通过拟静力试验表明其兼具良好的复位及耗能能力，并给出该支撑的三线性恢复力模型。以支撑的三线性恢复力模型为基础得到安装有这种支撑的框架结构（SCBRBF）的三线性模型。与传统双线性的自复位旗形模型相比，这种三线性恢复力模型能够更真实地反应复位系统与耗能系统不同时屈服这一特点。另外，传统的双线性模型通常会高估结构的耗能能力，因此结果偏于不安全。前期基于双线性模型得到的位移比也存在不保守的问题。因此，基于此三线性模型，重新得出了SCBRBF的非线性位移比公式，可用于已有结构加固和评估。为了合理设计SCBRBF结构，开创性地提出了一种新基于位移的结构设计方法，不需要迭代，且结果可靠。这种方法还可以应用于其他的高性能结构的抗震设计当中。