【摘 要】
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自复位钢框架作为可恢复功能结构的一种,实现了比“小震不坏,中震可修,大震不倒”更高要求的抗震设防目标,因此受到了学者的广泛关注。自复位钢框架体系的工作原理是将地震作用下结构的主要变形集中在自复位构件上,从而保证结构中其余关键构件的变形处于弹性阶段。目前,关于自复位钢框架体系的抗震性能研究大部分是基于结构中仅存在自复位构件发展塑性的假定,即结构的变形完全遵循双折线旗形滞回模型。但是有研究表明,由于地
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51890902,518081978）
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自复位钢框架作为可恢复功能结构的一种,实现了比“小震不坏,中震可修,大震不倒”更高要求的抗震设防目标,因此受到了学者的广泛关注。自复位钢框架体系的工作原理是将地震作用下结构的主要变形集中在自复位构件上,从而保证结构中其余关键构件的变形处于弹性阶段。目前,关于自复位钢框架体系的抗震性能研究大部分是基于结构中仅存在自复位构件发展塑性的假定,即结构的变形完全遵循双折线旗形滞回模型。但是有研究表明,由于地震的复杂性,自复位钢框架体系中其余构件的变形在强震作用下也会进入塑性阶段,所以结构的滞回曲线将会呈现多阶段屈服特征,此时双折线旗形滞回模型已不能足够准确地描述自复位钢框架体系的力学行为。因此,为了反映自复位钢框架体系在地震作用下的真实响应,从而推广自复位钢框架体系在实际工程中的应用,本文选取一种典型的自复位钢框架——配置自复位耗能跨的钢框架作为研究对象,对考虑多阶段屈服的自复位钢框架体系的抗震性能进行研究。首先,利用并联弹簧单自由度模型,简化分析了配置自复位耗能跨的钢框架的力学性能。基于并联弹簧单自由度模型和算例结构的滞回曲线,提出了考虑多阶段屈服的三折线自复位滞回模型,该模型由双折线旗形滞回模型与理想弹塑性滞回模型并联而成。然后,对不同滞回参数组合的三折线自复位滞回模型下的单自由度体系进行了非线性动力分析,研究了各滞回参数分别在近场地震和远场地震作用下对结构的关键抗震性能指标（延性系数和非线性位移比）的影响,并提出了用于计算平均延性系数和平均非线性位移比的经验公式。最后,根据上述经验公式和能量平衡的概念提出了一种基于多指标多阶段的抗震性能评估方法,用于快速对自复位钢框架进行抗震性能评估。通过研究,本文得出如下结论:1、并联弹簧单自由度模型可以简化描述配置自复位耗能跨的钢框架的力学行为。通过并联双折线旗形滞回模型和理想弹塑性滞回模型可得到呈现“弹性——自复位——极限”三个变形阶段的三折线自复位滞回模型。2、三折线自复位滞回模型下单自由度体系的延性系数和非线性位移比对滞回参数敏感。增加第一屈服后刚度比、第二屈服后刚度比、耗能系数和屈服位移比可减小体系的延性系数;体系的非线性位移比随第一屈服后刚度比、第二屈服后刚度比和耗能系数的增加而减小,但是屈服位移比对非线性位移比的影响需要分情况讨论。此外,滞回参数对延性系数和非线性位移比的影响存在耦合。3、所提出经验公式的计算误差在10%以内,可用于有效估计三折线自复位滞回模型下单自由度体系的延性系数和非线性位移比。4、基于多指标多阶段的抗震性能评估方法可用于对自复位钢框架体系在给定地震动作用下的变形能否保持在自复位阶段进行判定,并且可对变形进入极限阶段的结构的峰值屋顶位移角进行估计。
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