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1、摘要防屈曲支撑是一种良好的耗能减震构件，目前已经得到了实际应用。本文 在前人几十年已经做的大量实验和研究成果的基础之上，综述了防屈曲耗能支撑 在国内外的发展和应用现状。分析了已有防屈曲支撑的优点和缺点，并针对已有 防屈曲耗能支撑产品的不足，提出了若干未来需要进一步研究的问题。目前对防屈曲支撑的研究主要集中于外包钢管混凝土的防屈曲支撑，对于 其他类型的防屈曲支撑则研究较少。本文提出应用一种工字钢作为耗能单元的防 屈曲支撑，并进行了 ANSYS数值模拟。在理论分析的基础上，制作了 2组试件 进行了试验，进行了低周反复荷载加载试验，对2组试件的力位移滞回曲线进 行了研究。结果表明所研究的此种支撑构造
2、合理、工作可靠、耗能力强、抗震性 能优越。本文通过改变防屈曲支撑的布置方式，研究了防屈曲支撑的布置对结构抗 震性能的影响在此基础上，将此种支撑应用于框架中，对防屈曲支撑框架的抗震 性能作了进一步的研究，推导了防屈曲支撑的附加阻尼比以及防屈曲支撑对柱附 加轴力的影响。第一章 绪论1.1 课题来源本课题为北京市建筑设计研究院科技基金项目，试验及理论分析都得到了北 京市建筑设计研究院研究所的大力支持与帮助。1.2 引言地震自古以来就是威胁人类生命财产安全的主要自然灾害之一，地震除导致 房屋倒塌、人员伤亡等直接损害之外，还会引发火灾、瘟疫等次生灾害，造成巨 大的经济损失。我国是世界上遭受地震灾害最为严
3、重的国家之一， 1966 年 3 月 8 日发生在河北省邢台地区的 6.8 级强烈地震和 1976 年 7 月 28 日的 7.8 级唐山 大地震是我国上世纪发生的最为严重的地震灾害，其中邢台大地震死亡 8 千多 人，唐山大地震死亡 24万多人。2008 年 5 月 12 日发生在四川汶川的 8.0 级地 震是本世纪迄今为止最为严重的地震，造成 7 万余人死亡。2008 年 5 月 2 日， 四川省汶川县发生 8.0 级地震，地震造成 6 万 9 千多人死亡，1万 8千多人失踪。 汶川地区共发生4.0级以上余震 261次，其中4.0-4.9级地震222次，5.0-5.9 级地震 31 次，6.
4、0 级以上地震 8 次（不包括主震），最大余震震级为 6.4。图 1.1 汶川大地震为了减轻地震灾害，地震工程工作者致力于提高建筑物抗震能力的研究，形 成一套较完整的抗震理论并应用于工程实践。传统的抗震设计方法是利用结构本 身的抗震性能抵御地震作用，以达到抗震的目的，即保证结构本身具有足够的强 度、刚度和延性，使所设计的建构筑物做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”。 这种“硬碰硬”式的抗震，是一种消极被动的抗震方法。随着社会的发展，对建 筑物抗震设计的安全性和适用性提出了更为严格的要求，特别是工业向高精度技 术发展，采用传统的抗震设计方法已不能适应现代工程结构的实际需要。中国唐 山、日本阪神等
5、大地震的震害调查表明各类建筑物的结构设计不应仅仅局限于满 足传统的“按烈度设防”。完善现有结构抗震设计理论，探索新的抗震设防标准， 研究更加经济、安全、可靠的结构抗震新体系以及寻求更加合理有效的耐震新技 术，已成为工程结构抗震领域的主要课题，对有效减轻地震灾害具有重要的现实 意义。1.3 国外防屈曲耗能支撑的发展状况防屈曲耗能支撑存在着不同的叫法,日本学者基于防屈曲支撑的构成特点及 其约束机制特殊的处理办法，在研究和应用中称之为无粘结支撑 （UnBonded Brace ， 简 称 UBB） ； 美 国 学 者 则 更 多 地 从 受 力 特 点 考 虑 ， 称 之 为 Buckling-Re
6、s trained Brace（简称 BRB）。上世纪70年代,Yoshino等对内藏钢板剪力墙进行了滞回试验研究，钢板 为 X 形交叉布置的一字板, 试件分两组。试验结果显示：在加载水平相同的情况 下，钢板与混凝土之间留15mm间隙的一组比无间隙的一组表现出更好的延性， 具有更饱满的滞回曲线。 Wakabayashi 等4进行了开创性的研究，提出保证支撑 钢板只承受轴向力，而外围屈曲单元仅用于限制钢板屈曲的关键在于设计合理的 无黏结体系，并对夹在两面预制钢筋混凝土板之间的钢板支撑进行了一系列的试 验研究，其中单向加载试验检验了混凝土板的刚度和强度要求，拔出试验比较了 不同的无粘结材料的性能，
7、而组件试验则考察了结构的滞回耗能性能。 Kimura 等6把普通支撑外包上矩形钢管，内填砂浆的防屈曲支撑进行了试验研究，指 出了砂浆的抗压强度指标和无粘结涂层对这种防屈曲支撑性能的影响。2.5 防屈曲耗能支撑的适用范由于耗能减震在我国目前还是一种新技术， 建筑抗震设计规范 （GB 500112001）对其适用范围和没防目标作了较为严格的控制，规定应根据建筑抗 震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用 抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后，确定耗能减震设计方 案，要求认真做好方案的比较和论证。一般情况下，防屈曲耗能支撑在多遇地震作用下不参与耗能（即未屈
8、服），只 提供附加刚度，在罕遇地震作用下提供附加刚度和附加阻尼。一般来说，防屈曲耗能支撑适用于各种类型的建筑物，只要有相对变形的地 方，就可采用防屈曲耗能支撑，但结构越高、越柔、跨度越大、变形越大或抗震 设防烈度越高，耗能减震效果越显著，故防屈曲耗能支撑尤其适用于高烈度区的 多(高)层结构和大跨等结构中。对于混凝土剪力墙以及框架一剪力墙，防屈曲耗 能减震支撑可以取代所有普通支撑、剪力墙，且采用防屈曲耗能支撑有利于控制 结构构件早期裂缝的产生。建筑抗震设计规范(GB 500112001)规定，耗能 减震结构主要适用于对使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为 8 度、9 度 的建筑，因此，防屈曲耗能支撑结构也应遵循此规定。防屈曲耗能支撑既可用于新建建筑，也可用于既有建筑的抗震加固和地震后 震损结构的加固修复或提高。防屈曲支撑通过特殊的构造,避免了中心支撑受压屈曲的问题,在受拉和受压 时均可屈服而不屈曲,能更好地消耗输入结构的地震能量,近年来在国内外的应用 和研究逐渐增多.
