装配式组合防屈曲支撑及其框架结构的设计理论

防屈曲支撑是一种集抗侧力与消能减震于一体的新型构件，具有广阔应用前景。本课题将围绕一组创新型装配式组合防屈曲支撑，对其设计理论展开全面深入的研究。这种装配式组合防屈曲支撑与一般防屈曲支撑的最大区别在于外围约束构件的组成及受力机理不同，前者由多个钢制约束组件通过螺栓装配而成，其构造特点使得构件加工与精度控制更简便，利于现场组装，而且震后修复拆装也仅需更换内核构件，维护成本低。本研究将借助理论分析与试验研究相结合的手段，揭示这种装配式组合防屈曲支撑的外围约束机理与构件破坏模式，确定不同类型支撑的约束比限值要求；由于螺栓连接对外围约束构件形成有效的捆绑作用是此类构件正常工作的前提，因而将对连接捆绑作用的设计方法进行独创性的研究。为配合与推广这类新型支撑的工程应用，本课题还将通过剖析防屈曲支撑与框架结构间的相互作用关系，确定关键设计参数的取值，并辅以试验研究，建立防屈曲支撑框架结构的设计方法。

本项目对四角钢组合约束型防屈曲支撑、四槽钢组合约束型防屈曲支撑、方矩管组合约束型防屈曲支撑等多种形式的装配式防屈曲支撑构件进行了研究。虽然装配式防屈曲支撑构件拥有自重轻、施工成型速度快、加工精度高等优势，但是由于其外围约束体系采用螺栓连接而且构造相对复杂，使得外围约束刚度的折减方法和螺栓内力的计算都较为困难。本项目通过对外围约束体系进行与空腹桁架结构体系的等效，获得了外围约束体系刚度取值的理论公式；通过考虑构件的整体弯曲变形及内核的局部多波变形，同时计入内核外伸段附加偏心距的影响，得到了防屈曲支撑构件约束比的设计公式；结合构件的局部内力分析及精细有限元计算结果，获得了真实受力状态中的螺栓内力计算公式。至此，通过详尽的理论研究和大量的有限元数值分析，揭示了三类装配式防屈曲支撑构件的受力机理，并获得了适用于工程实际的系统的构件设计方法。同时，进行了8根四角钢组合约束型防屈曲支撑、4根四槽钢组合约束型防屈曲支撑、13根方矩管组合约束型防屈曲支撑的纯压循环荷载试验和滞回试验，验证构件设计方法的同时研究了构件在实际框架结构当中的消能减震性能。此外，通过对内核分离式防屈曲支撑的理论和试验研究（14根试件），充分比较了各类全钢防屈曲支撑的滞回性能。结果表明，装配式防屈曲支撑在地震往复荷载作用下具备良好的耗能能力，本项目建立的设计方法正确，简单实用。