【摘 要】
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框架-支撑体系是目前多高层建筑常用的抗侧力体系之一。普通支撑（Ordinary Brace,简称OB）受压易屈曲,不利于使用结构的抗震性能。防屈曲支撑（Buckling-Restrained Brace,简称BRB）具有近乎对称的拉压承载能力和良好的滞回性能,但其内核发生塑性耗能后存在较大残余变形,不利于震后结构维修的经济性和建筑功能的快速恢复。自复位防屈曲支撑（Self-Centering Bu
【基金项目】
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国家自然科学基金（51978631）基于自复位节点的功能可恢复框架结构抗震性能和设计理论；
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框架-支撑体系是目前多高层建筑常用的抗侧力体系之一。普通支撑（Ordinary Brace,简称OB）受压易屈曲,不利于使用结构的抗震性能。防屈曲支撑（Buckling-Restrained Brace,简称BRB）具有近乎对称的拉压承载能力和良好的滞回性能,但其内核发生塑性耗能后存在较大残余变形,不利于震后结构维修的经济性和建筑功能的快速恢复。自复位防屈曲支撑（Self-Centering BucklingRestrained Braced,简称SC-BRB）通过一定的构造措施为传统BRB及其框架结构提供复位驱动能力,以期实现在控制结构地震反应的同时减小其震后残余变形。目前SC-BRB仍面临着构造形式较为复杂、焊接方式容易削弱复位筋初始预应力、钢绞线等复位元件的可恢复应变不足、SMA丝材作为复位筋承载能力不足而SMA棒材容易在锚固螺纹处发生断裂等诸多问题。在目前基于SMA材料的工程元件中,由SMA丝材捻制而成的SMA丝绳具有良好的超弹特性、充足的承载能力、更好的位移延性和鲁棒性、较低的成本且相对便于锚固,是目前将SMA智能材料应用于工程结构抗震领域中的较理想的抗拉元件形式。但其研究起步相对较晚,开发仍不充分。同时,目前常见的SMA丝绳多由相同直径的丝材组成,其外围丝材之间排列过紧,由于丝绳的扭转结构,外围丝材点接触部位存在较大的挤压和摩擦,这很可能是目前SMA丝绳在循环荷载作用下力学性能退化较快的一个主要原因。为了克服目前SC-BRB和SMA丝绳存在的上述问题,从而有效控制框架支撑体系的地震响应和震后残余变形,本文开展了以下几点主要研究工作:（1）研究了一种新型内丝直径加大SMA丝绳,以克服相同丝材直径SMA丝绳存在的外围丝材排列过紧而不利于其早期疲劳性能的问题。研究其生产与处理工艺,加工了一批7×7结构的所提SMA丝绳试样。开展了不同加载方案的SMA丝绳循环拉伸试验,考察了退火方案、拉伸应变幅值、循环圈数以及初始预拉应变等因素对SMA丝绳力学性能和早期疲劳性能的影响规律,优化了该类型SMA丝绳的退火处理工艺,提出了适用于新型SC-BRB（自复位防屈曲支撑）中该类型SMA丝绳的退火制度和训练方案,也为后续SC-BRB中预拉SMA丝绳的理论和数值研究提供了材料特征参数和试验结果验证。（2）提出了一种基于SMA丝绳的新型装配式SC-BRB,以克服目前SCBRB存在的复位元件可恢复应变不足、内核与约束构件之间存在轴力传递机制、复位筋中的预应力易受焊接影响而发生退化等问题,以期更有效地为BRB及其框架结构提供自复位能力,减小框架-支撑体系的震后残余变形。详细阐述了新型SC-BRB的构造和工作原理,通过理论推导建立了该支撑构件的拉压滞回模型,初步研究了所提SC-BRB的宏观荷载-位移关系。结合理论滞回模型,推导了实现新型SC-BRB理想自复位性能的预应力施加条件。（3）与试验结果进行对比,分别建立并验证了预拉SMA丝绳和普通全钢BRB的有限元数值模型。将预拉SMA丝绳和全钢BRB有限元模型进行组合,建立了新型SC-BRB的实体单元有限元数值模型。将数值模拟结果与理论计算结果进行对比,初步验证了新型SC-BRB有限元模型的有效性。（4）基于新型SC-BRB实体单元有限元模型,系统考察了支撑构件类型、SMA丝绳初始预拉应变以及SMA横截面面积比等重要设计参数对支撑构件刚度、能量耗散、等效粘滞阻尼以及残余变形等力学性能的影响规律,优化了所提SC-BRB上述主要设计参数的取值范围。（5）建立了采用相同初始刚度和屈服位移设计的普通钢支撑、全钢BRB支撑和新型SC-BRB支撑框架以及无支撑框架的结构分析模型,开展了四类框架结构在地震作用下的弹塑性时程分析,考察了各支撑构件对多层钢框架结构层间位移、基底剪力、残余位移、楼层绝对加速度响应等抗震性能的影响,验证了新型SC-BRB框架较好的减震效果和自复位能力。
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