底部带屈曲约束支撑铰支墙框架抗震性能与可恢复功能研究

Earthquake resilient structure has emerged as one of the frontiers of earthquake engineering. The traditional reinforced concrete shear wall showing poor ductility are prone to damage under an earthquake and it is difficult to repair after the earthquake. Therefore, the replaceable buckling-restrained braces are designedly installed at the bottom of hinged wall in this project to form an earthquake resilient shear wall structure showing excellent ductility and stable hysteretic performance. Through quasi-static tests, post-earthquake repair tests and nonlinear finite element analyses, the hysteresis performance of this new hinged wall with BRBs in base (HWBB), seismic performance and design method of HWBB frames are investigated step by step, include: i) determine the configuration design principles and establish the mechanical model calibrating hysteretic behavior of HWBB; ii) analyze the damage mechanism of HWBB frames, propose post-earthquake repair methods for HWBB frames, and investigate the influence of key structural parameters on seismic performance and resilience of HWBB frames; iii) based on the performance design concept, establish simplified calculation theory for the stiffness and strength demand of the hinged wall under major earthquake and present a direct seismic design approach based on performance for HWBB frames. The studies can provide a reference for the practical application of HWBB frames and promote the development of new earthquake resilient structures.

可恢复功能抗震结构是地震工程领域的研究前沿。传统钢筋混凝土剪力墙延性较差，在地震中其底部易受到损伤且震后修复困难。为此，本项目提出在铰支墙底部设置可更换的屈曲约束支撑，形成一种具有较大延性和稳定滞回能力的可恢复功能剪力墙结构。通过拟静力试验、震后修复试验及非线性有限元分析，围绕底部带屈曲约束支撑铰支墙(HWBB)滞回性能、HWBB框架抗震性能和设计方法逐步开展研究，包括：确定HWBB的构造设计原则，建立反映HWBB滞回性能的力学模型；解明HWBB框架的损伤机制，提出适合于HWBB框架的震后修复方法，研究关键结构参数对HWBB框架抗震性能与可恢复功能能力的影响规律；基于性能化设计理念，建立罕遇地震下铰支墙刚度和强度需求的简化计算理论，提出HWBB框架基于性能的直接抗震设计方法。本项目研究可为HWBB框架的实际应用提供参考，同时推进新型可恢复功能抗震结构的发展。

传统钢筋混凝土剪力墙延性较差，在地震中其底部易受到损伤且震后修复困难。本项目提出在铰支墙底部设置可更换的屈曲约束支撑，形成一种具有较大延性和稳定滞回能力的可恢复功能剪力墙结构（HWBB）。本项目研究计划中的研究对象是混凝土铰支墙，在研究过程中针对混凝土铰支墙和摇摆（铰支）钢框架两种HWBB类型展开了研究。.针对混凝土铰支墙，完成了HWBB的拟静力试验和更换试验。试验结果验证了该HWBB具有稳定饱满的滞回性能，损伤集中在可更换的屈曲约束支撑上，墙体裂缝可控、钢筋不屈服，具有较好的可更换性能。提出了屈曲约束支撑、连接和墙体承载力设计方法和该HWBB的滞回力学模型。建立了HWBB框架数值模型和理论计算模型，研究了HWBB框架抗震性能和设计方法。地震响应分析结果验证了该体系损伤集中在屈曲约束支撑上，框架结构基本保持弹性，位移沿竖向分布均匀。基于参数化分析方法，确定了关键结构参数(墙体-支撑刚度比和墙体-框架刚度比)对HWBB框架抗震性能的影响规律。分析了支撑屈服后铰支墙内力分布规律，建立了罕遇地震下铰支墙刚度和强度需求的简化计算理论，提出了HWBB框架基于性能的直接抗震设计方法。.针对摇摆钢框架，试验研究了HWBB的滞回性能，确定了HWBB结构的设计方法、滞回力学模型和功能可恢复性。为了提升HWBB在底部支撑屈服后的强度和刚度，提高结构在极大地震下的鲁棒性，提出了一种带有间隙保护的耗能拉杆，完成了相应拟静力试验，提出了其力学计算模型。.项目研究成果可以为利用屈曲约束支撑构建新型可恢复功能结构提供参考，为混凝土铰支墙和摇摆钢框架的工程应用提供理论基础，推动土木工程领域关于减轻地震人员伤亡和经济损失的研究。