屈曲约束支撑与混凝土框架连接节点的设计方法及被动减震结构的抗震性能研究

屈曲约束支撑（BRB）是一种在受拉和受压情况下均能达到屈服而不会发生屈曲的支撑构件，具有很强的耗能能力。屈曲约束支撑-混凝土框架被动减震结构体系与传统抗震结构体系相比，可节约工程造价10%左右而且抗震能力显著增强。BRB与混凝土梁、柱连接节点的性能直接影响到BRB-混凝土被动减震结构体系的力学性能。本项目的主要研究目的是：分析BRB与混凝土框架梁、柱节点的受力特点及破坏机理，精确分析节点区域力的分布、传递以及节点附近梁柱的应力分布和变形规律；得出反映节点整体性能的弯矩-转角曲线；根据有限元分析结果及节点的静载、低周往复荷载下的试验结果，提出相应的节点设计公式和构造要求；开发适用于OPENSEES软件的BRB与混凝土框架梁、柱连接节点的计算程序模块；对不同高度的BRB-混凝土框架结构进行非线性动力反应分析；进行高层BRB-混凝土框架的子结构试验；提出BRB-混凝土框架结构的设计建议。

屈曲约束支撑（BRB）是一种依靠核心单元拉压屈服耗能的新型抗侧力构件，其在受拉和受压状态下均能屈服的特点解决了普通支撑受压易屈曲的问题，减小了结构承重构件的截面尺寸，提高结构的阻尼及抗侧刚度，达到耗散结构地震能量的效果。屈曲约束支撑-混凝土框架被动减震结构体系与传统抗震结构体系相比，可节约工程造价10%左右且抗震能力显著增强。使用MIDAS、SAP2000、OPENSEES等软件对三维屈曲约束支撑-混凝土框架结构进行非线性动力反应分析，验证了所设计框架的合理性。设计出了12种屈曲约束支撑与混凝土框架梁及梁柱连接的节点，主要形式有：栓钉式连接节点、型钢式连接节点、角钢嵌入式连接节点、T型钢嵌入式连接节点、角钢锚固型连接节点、T型钢锚固型连接节点、H型钢锚固型连接节点，提出了节点的设计方法及构造要求。对新型节点进行了静载、低周往复荷载有限元分析及试验研究，比较了不同种类预埋件、同种预埋件不同放置方式、预埋件及锚板参数对节点性能的影响。有限元分析及试验研究结果表明节点构造及设计合理，性能可靠，传力路径明确，耗能能力较好、具有良好的延性及抗震性能。编写了适用于OPENSEES软件的BRB与混凝土框架连接节点的计算程序模块，实现了用OPENSEES分析BRB -混凝土框架被动减震结构体系的抗震性能，对比分析了BRB套管内混凝土强度、BRB外围钢管的钢材厚度、BRB内芯的截面尺寸及宽厚比、楼层层数、节点对BRB-混凝土框架抗震性能的影响。在节点研究的基础上对三榀采用新型连接节点的两层三跨屈曲约束支撑-混凝土框架进行了拟静力试验研究，分析了其抗震性能，结果表明：屈曲约束支撑能够发挥出其优秀的抗震性能，达到消能减震的作用；支撑与节点板的焊接部位能够达到防屈曲连接的要求；框架顶点侧移能够达到1/50的层间位移角，远超过了规范对罕遇地震层间侧移角小于1/80的要求；框架结构的顶点侧移-基底剪力滞回曲线饱满，耗能稳定，支撑显著的增加了结构阻尼，有效地保护了主体结构；屈曲约束支撑-混凝土框架具有合理的屈服机制；节点受力可靠，传力路径明确，满足“强节点”设计原则。本项目的研究证明了新型节点在混凝土框架中应用的可行性，为新建的屈曲约束支撑-混凝土框架结构提供重要参考，提出了屈曲约束支撑混凝土框架被动减震体系的设计方法及连接节点的设计施工建议，为此种结构体系的推广和应用奠定了坚实的理论基础。