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屈曲约束支撑优良的滞回耗能性能和施工安装方便、经济、设计灵活且不影响建筑物美观等诸多优点,使得其在提升框架结构抗震能力、避免主体框架免受地震损伤的设计中具有了广阔的应用空间。本文对多层屈曲约束支撑框架结构的设计方法进行了研究,基于屈曲约束支撑框架结构推覆分析得到的能力曲线,利用考虑第二刚度系数的弹塑性反应谱形成需求曲线,并采用模态迭代更新施加支撑后结构的推覆形函数,从而在已有研究的基础上,提出多层屈曲约束支撑框架结构中屈曲约束支撑的简化设计方法。
首先,简单介绍了基于结构性能的抗震设计理论,回顾了国内外屈曲约束支撑构件的理论和试验研究成果以及其在工程中的实际应用、屈曲约束支撑框架结构的抗震性能研究。其次,较为系统地回顾了既有的屈曲约束支撑框架结构的设计方法及设计流程,揭示了Chen、Ge等提出的“带滞回耗能装置门式钢桥墩简化设计方法”中隐含了在屈曲约束支撑屈服后结构刚度为0和结构模态在屈曲约束支撑施加前后基本不变的假设,并通过多个算例的推覆分析和非线性动力分析对上述观点进行了验证。然后,从屈曲约束支撑多层框架结构能力曲线的特性出发,讨论了考虑结构能力曲线屈服后刚度系数α的必要性,并进而提出考虑屈服后刚度系数的单层屈曲约束支撑框架结构的设计方法和设计流程。由于在纯框架结构中施加屈曲约束支撑会带来结构模态较大程度的变化,提出了多层屈曲约束支撑框架结构的模态迭代设计流程。算例研究表明,本文提出的计算方法可以较为精确地设计得到与性能需求相适应的屈曲约束支撑布置方案。
最后,基于大部分研究屈曲约束支撑减震效果的文献都将屈曲约束支撑的地震响应与纯框架结构进行对比的现状,为了了解屈曲约束支撑框架和普通支撑框架之间的减震效果之间的差别,构造了算例进行了不同地震强度下的非线性时程分析,对比这两种结构在多遇地震以及罕遇地震下的层间位移、楼层位移以及基底剪力、柱子弯矩和轴力响应的大小,结果表明屈曲约束支撑框架结构不仅能够很好地减小主体结构的位移响应、而且能够有效减小和控制柱及基础的轴力,从而保证结构在经历大震下仍有足够的承受竖向荷载的能力,证明屈曲约束支撑比普通支撑更能够加强结构的抗震能力。