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1、低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐及其框架抗震性能研究(申請(qǐng)清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：土木工程系學(xué)科：土木工程研究生：王佼姣指導(dǎo)教師：石永久教授二○一五年六月SeismicPerformanceontheBuckling-RestrainedBracesandBuckling-RestrainedBracedFrameswithLow-Yield-PointSteelDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosoph
2、yinCivilEngineeringbyWangJiaojiaoDissertationSupervisor:ProfessorShiYongjiuJune,2015摘要摘要防屈曲支撐可以解決普通支撐在地震往復(fù)作用下的受壓屈曲問題，具有穩(wěn)定的承載力。低屈服點(diǎn)鋼初始屈服強(qiáng)度低，強(qiáng)屈比高，延性好，將其作為內(nèi)核材料的防屈曲支撐，在地震中較早屈服，通過塑性變形耗能減震，像“保險(xiǎn)絲”一樣保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。帶有低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐的鋼框架是一種高效的抗震結(jié)構(gòu)體系。本文通過試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬，從低屈服點(diǎn)鋼的材料性能出發(fā)，對(duì)低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐及其框架的抗震性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究
3、和評(píng)價(jià)，并給出了設(shè)計(jì)建議。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下6個(gè)方面：（1）通過試驗(yàn)測(cè)定了20個(gè)低屈服點(diǎn)鋼材試件的單調(diào)和循環(huán)加載性能，標(biāo)定了混合強(qiáng)化參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證，為低屈服點(diǎn)鋼的計(jì)算分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（第2章）。（2）完成了低屈服點(diǎn)鋼材為內(nèi)核材料的防屈曲支撐的滯回性能試驗(yàn)，采用第2章的數(shù)據(jù)，在通用有限元軟件ABAQUS中對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過86個(gè)防屈曲支撐數(shù)值算例的計(jì)算結(jié)果，給出了支撐關(guān)鍵幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)建議（第3章）。（3）結(jié)合第3章的試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，通過分析支撐的宏觀荷載－位移曲線的特點(diǎn)，提出防屈曲支撐的等效模型，比較了支撐采用精細(xì)化有限元模型的多尺度框架－支撐結(jié)構(gòu)和支撐
4、采用等效模型的簡(jiǎn)化框架－支撐結(jié)構(gòu)在靜力和動(dòng)力時(shí)程下的結(jié)果，并通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證了簡(jiǎn)化模型的準(zhǔn)確性（第4章）。（4）完成了低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐框架、2類普通支撐框架、2類普通強(qiáng)度防屈曲支撐框架各9組結(jié)構(gòu)和6個(gè)純框架的共計(jì)408組罕遇地震時(shí)程分析，從構(gòu)件狀態(tài)、層剪力、層間位移等方面比較了不同結(jié)構(gòu)的性能；通過低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐框架的增量動(dòng)力分析，研究了其兩道抗震防線的工作機(jī)理（第5章）。（5）完成了51個(gè)低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐框架和3個(gè)純框架共計(jì)3024組動(dòng)力時(shí)程分析，基于層間位移角和構(gòu)件損傷指標(biāo)定義了不同的性能水平，對(duì)低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能評(píng)價(jià)和易損性分析，比
5、較了支撐剛度和形式以及層數(shù)的影響，給出了各結(jié)構(gòu)層間位移角或構(gòu)件損傷指標(biāo)隨地震動(dòng)強(qiáng)度的變化曲線，以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在給定地震動(dòng)強(qiáng)度下的性能水平（第6章部分）。（6）考慮低屈服點(diǎn)鋼材的剛度退化特點(diǎn)，提出了低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐在結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)方法；給出了低屈服點(diǎn)鋼防屈曲支撐超強(qiáng)系數(shù)的建議值；按不同結(jié)構(gòu)類型，給出了不同性能目標(biāo)所需支撐的最小剛度列表，為該結(jié)構(gòu)的性能化設(shè)計(jì)提供了實(shí)用建議（第6章部分）。關(guān)鍵詞：低屈服點(diǎn)鋼；防屈曲支撐；框架支撐體系；性能化設(shè)計(jì)IAbstractAbstractBuckling-restrainedbraces(BRBs)cansolvethebucklingprob
6、lemofcommonbracesundercyclicloadingduringearthquakeandhavestablebearingcapacity.Low-yield-point(LYP)steelhaslowinitialyieldstrengthalongwithhighultimate-to-yieldstrengthratioandgoodductility.BRBsusingLYPsteelastheinnercorecouldyieldbeforethemajorstructuralmembersanddissipateearthquakeenergy
7、throughlargeplasticdeformation.Asaresult,BRBswithLYPsteelcouldprotectthemainstructure,whichisjustlikethefuse.Structuralsystemofbuckling-restrainedbracedframes(BRBFs)withLYPsteelisatypeoftheefficientearthquake-resistingstructuralsystems.Basedonthebehavior
