屈曲约束支撑框架结构的设计方法和支撑分布研究

摘要

屈曲约束支撑作为一种新型的金属屈服耗能构件，具有安装方便、设计灵活，不影响建筑物美观的优点，其在提升框架结构抗震能力、减小主体框架地震损伤的设计中具有广阔的应用空间。尽管屈曲约束支撑已经应用于部分实际工程，但在理论界和工程界中尚未提出一种可靠又易于实现的设计方法。本文旨在前人研究的基础上提出一种屈曲约束支撑框架结构的简化设计方法，方便设计人员使用。
　　 本文首先回顾和总结了国内外屈曲约束支撑构件的理论和试验研究成果以及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。
　　 通过有限元算例模型，考察了屈曲约束支撑不同的布置方式对支撑结构抗震性能的影响。研究结果表明：按照框架楼层剪力布置屈曲约束支撑时结构体系的延性最好，层间位移角分布均匀，是所有布置方式中对提高结构体系的抗侧刚度和耗能能力最为有利的一种。因此进行设计时，可优先考虑按照框架结构楼层剪力布置屈曲约束支撑。
　　 采用Newmark模型折减规范设计反应谱，与精确反应谱的对比分析表明：折减得到的反应谱具有足够的拟合精度。本文从多层屈曲约束支撑框架结构能力曲线的特性出发，提出了基于屈曲约束支撑承载力要求的多层屈曲约束支撑框架的设计方法。算例结果表明：本文提出的设计方法可以较为精确地设计得到与结构性能需求相适应的屈曲约束支撑面积布置方案。
　　 最后，利用ANSYS的APDL参数化语言，将优化设计变量即支撑面积进行简化，制定了针对高层屈曲约束支撑框架的优化分析过程，并对以层间位移和顶点位移为约束条件时的优化效果进行了对比。结果表明，将变量简化后优化计算得到的支撑面积变化曲线光滑，与未简化变量时的优化效果比较接近，能满足优化之初设定的目标要求；顶点位移可以作为附加的约束条件与层间位移共同控制结构的变形。