论文部分内容阅读
防屈曲支撑框架（Buckling-restrained brace frame,简称BRBF）结构是高效的抗侧结构体系,但高层BRBF结构斜向BRB分解产生的轴力累积于底柱,易造成底柱破坏。摇摆结构体系是一种放松上部结构与基础间约束或构件间约束,使接触面处仅受压而不受拉,确保结构在地震作用下可以抬起,并通过回复机制复位形成摇摆行为的新型结构体系。结合BRBF和摇摆结构特点,在BRBF底柱安装摇摆柱脚形成摇摆防屈曲支撑框架（Rocking buckling-restrained braced frame,简称RBRBF）结构体系,释放底柱轴力且有效降低结构损伤,便于震后修复。本课题组已进行了摇摆防屈曲支撑钢框架试验研究与数值模拟、摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架试验研究,本文基于Opensees有限元软件对摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架结构进行数值模拟研究。根据课题组已完成的BRBF和RBRBF拟静力试验,建立了试验框架的二维有限元数值模型,模拟与试验结果吻合良好,表明二维有限元模型建模方式的正确性与合理性,为BRBF和RBRBF三维有限元模型建模方式与进一步研究提供基础。由于试验条件与经费限制,课题组只进行了3层BRBF和RBRBF子结构模型试验研究,因此建立了整体结构的数值模型。考虑到三维模型可以弥补二维模型不足之处,能够更真实反映结构地震响应,对比分析了BRBF和RBRBF三维与二维有限元模型弹塑性时程分析结果,表明三维有限元模型具有较好的可靠性,且双向布置BRB和摇摆柱脚时RBRBF双向刚度均匀分布,降低了结构响应。考虑到实际工程中存在不同楼层数结构,且楼层数也会影响RBRBF结构地震响应,因此建立了4层、8层、12层三种楼层数结构进行参数分析。首先,研究了BRB与主体框架的抗侧刚度比、BRB布置方式两种因素共同作用对不同楼层数BRBF结构抗震性能影响;其次,基于优选后的BRBF模型建立了RBRBF模型;最后,选取了三维摇摆柱脚模型研究参数,包括摇摆柱脚阻尼器截面面积与屈服强度,进行了不同楼层数、BRB抗侧刚度比和布置方式组合、摇摆柱脚参数的RBRBF弹塑性时程分析。研究结果表明BRB与主体框架的抗侧刚度比较小时可集中布置BRB,但抗侧刚度比较大时应双向各跨均匀布置BRB;RBRBF将地震动能量转化成结构刚体运动,减小了BRB及主体结构变形,RBRBF结构变形多由刚体运动产生,而由于荷载作用引起的结构变形远小于BRBF;RBRBF通过摇摆行为调整结构特性,使结构变刚以提供抗震所需抗侧刚度、变柔以避免产生严重地震响应,停止摇摆后保持较高抗侧刚度;各跨均匀布置BRB和摇摆柱脚时RBRBF对最大底柱拉力的降低能力较高,且其降低程度随抗侧刚度比增大、楼层数增加、摇摆柱脚阻尼器截面面积减小而更高;高层BRBF应用摇摆柱脚效果优于低层结构,且高层RBRBF对摇摆柱脚阻尼器刚度和强度的敏感性高于低层结构。