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中心支撑钢框架结构是目前多高层钢结构中常用的一种结构类型,国内外对其抗震性能已做了大量的研究工作。但由于其在罕遇地震下的响应非常复杂,仍有许多问题值得继续研究。本文通过试验和有限元分析相结合的方法,对焊接工字形钢支撑的低周疲劳性能、中心支撑钢框架结构的设计方法及抗震性能进行了分析研究,并得出了一些有意义的结论。在两端铰接ST12材质焊接工字形钢支撑等幅轴向循环位移荷载低周疲劳性能试验基础上,进行了Q235材质焊接工字形钢支撑低周疲劳性能试验。分析了2种材质的共47根支撑试件在试验载荷下的最大横向变形和最大抗压承载力特性,验证了本文推导公式及规范方法的可靠性。在假设加载幅值、试件几何特征以及钢材屈服强度对支撑低周疲劳寿命影响相互独立的基础上,提出了估算支撑低周疲劳寿命的经验公式。分析表明,翼缘宽厚比越小,长细比越大,加载幅值越小,屈服强度越低,支撑低周疲劳寿命越高。由于地震作用前支撑构件位移时程不可预知,设计支撑时除应严格限制翼缘板件宽厚比外,还应适当采用低屈服点钢材及适当放宽某些现行规范对长细比的限制,以避免支撑过早断裂。最后,根据支撑不同损伤阶段的累积耗能比,指出可偏于安全地采用阶段?的寿命估算公式来预估支撑的低周疲劳寿命。基于上述研究成果,对国内外有关中心支撑设计的屈曲后承载力、长细比及工字形钢支撑板件宽厚比的问题开展了分析讨论,并提出了一些具体建议。采用有限元程序ABAQUS对19根Q235材质焊接工字形钢支撑的滞回性能进行了模拟,有限元结果与试验结果基本吻合。结合FE-SAFE程序,通过主应变、最大剪应变、Brown-Miller组合应变三种多轴临界面损伤模型对支撑的低周疲劳性能进行了数值模拟研究。结果表明,残余应力对支撑低周疲劳寿命影响甚微;三种临界面损伤模型的预测寿命基本位于4倍分散带以内,偏于安全一侧。以位于抗震设防烈度8度区的某大型火电厂钢结构主厂房横向最不利一榀的煤仓间部分为原型,按1:12缩尺比例设计制作了铰接中心支撑钢框架结构试验模型,对其进行了24种地震工况下的模拟地震作用振动台试验和部分工况下的数值模拟研究。得到了模型结构的动力特性及其在8度多遇、偶遇、罕遇及8.5度罕遇地震下的加速度和位移响应等。结果表明,8度多遇地震作用前后,结构动力特性并未发生变化;8度罕遇地震作用后,个别支撑和节点板出现了微小的平面外变形。依据试验结果及试验原型的有限元分析结果,推算出试验原型结构在三种地震(EL Centro、Cholam Shandon、人工)的多遇烈度以及人工地震的罕遇烈度下,层间位移角包络值满足我国抗震规范GB50011的限值要求。该体系在高烈度区也可具有良好的抗震性能。采用有限元程序ABAQUS,对4、10层高烈度区(8度)的铰接中心支撑钢框架结构进行了地震响应分析,研究了设计地震作用、构件(支撑、被撑梁、支撑跨柱)设计方法对铰接中心支撑钢框架结构抗震性能的影响。结果表明,在对被撑梁及支撑跨柱进行一定补充设计的基础上,与按抗震规范GB50011设计的算例相比,按通则CECS160:2004设计的算例,在结构动力响应相当的情况下,减少了用钢量,获得了较优的综合抗震性能。说明抗震规范GB50011规定的地震作用偏大。建议继续开展深入的研究,扩大铰接中心支撑钢框架体系的应用范围。采用有限元程序ABAQUS,对8度抗震设防烈度区的梁柱刚接中心支撑钢框架结构进行了地震响应分析,重点研究了不同抗弯框架加强方法对钢框架-中心支撑双重体系抗震性能的影响。结果表明,罕遇地震下,若支撑没有因低周疲劳失效退出工作,钢框架-中心支撑双重体系(删掉支撑的抗弯框架按任一层能独立承担结构层剪力的25%或结构基底剪力的25%加强)并未体现出优于单体系的抗震性能;若假设支撑出现断裂且断裂时刻较早,删掉支撑的抗弯框架按任一层能独立承担25%结构基底剪力加强的双重体系算例明显体现出了较优的抗震性能。建议双重体系设计中抗弯框架的调整加强,宜按照删掉支撑后任一层能独立承担结构基底剪力的25%来进行。振动台试验及中心支撑钢框架结构的抗震性能分析结果均表明,抗震规范GB50011没有考虑不同结构体系、不同材料的抗震特性,过高估计了中心支撑钢框架结构(丙类建筑)的地震作用。本论文受到国家科技支撑计划(2006BAJ01B02-01-04)和校企合作项目“电厂主厂房钢结构抗震设计方法的研究与应用”的资助,深表谢意。