组合碟簧自复位防屈曲支撑钢框架体系抗震性能与设计

本书较系统地结合试验、数值模拟和理论分析，研究了采用组合碟簧的新型复位钢支撑和支撑钢框架结构的抗震性能。对考虑摩擦效应的叠合组合碟簧的受力机理进行了探索，给出了初始低锥角组合碟簧考虑摩擦的承载力预测公式和试验验证。对三种构造的新型组合碟簧自复位防屈曲支撑的滞回性能和设计方法进行了研究，这些构造包括中部内置防屈曲钢板支撑、两侧设置组合碟簧复位部件的自复位支撑；同轴组装组合碟簧复位部件和防屈曲支撑的自复位支撑；端部铰接且轴向长度可调节的同轴组装自复位支撑。对组合碟簧自复位防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能和设计方法进行了研究，考虑了支撑单斜形和人字形布置以及梁柱刚接和铰接构造等因素的影响。

钢支撑的受压失稳使钢材的受压承载力、延性和耗能不能充分利用，劣化了中心支撑框架的抗侧能力。防屈曲支撑（buckling-restrained brace，BRB）通过敷设约束构件为受力钢支撑提供连续的侧向约束，避免了钢支撑受压失稳，用于中心支撑钢框架结构中时，基于支撑滞回特性并采用能力设计和控制损伤等思路构建出的防屈曲支撑钢框架结构已被大量试验证明具有良好的抗震性能，可充分发挥支撑的抗侧能力、延性和耗能能力。然而，大地震下BRB的大幅屈服和刚接框架的塑性发展使震后结构残余变形不可控，易出现大幅残余变形而危及结构震后使用功能。
抗震韧性（seismic resilience）是结构抗震设计的新要求。构建自复位防屈曲支撑和配套的被撑钢框架，高效控制防屈曲支撑钢框架大幅屈服后的残余变形必将使其工程应用更具生命力，更能符合震后功能可恢复这一可持续发展的抗震结构的要求。可有效控制大震作用下结构的侧移，大幅度减小结构震后残余变形和主体结构损伤，保障结构震后使用功能的不中断或快速恢复，有助于韧性城市的建设。
随着对韧性结构研究的推进，国内外学者努力创新，正不断丰富着可选的结构体系和部件。理想的结构体系和技术措施是提高结构抗震韧性所必需的，自复位支撑钢框架体系是韧性抗震结构的理想结构体系之一。自复位支撑通常由复位系统和与之并联的耗能部件两部分组成。依据二者制成材料和工作机制的不同组合，形式多样的自复位支撑正在被构建出和试验验证。组合碟簧具有灵活实现所需的轴向承载力和弹性变形能力的优势，承载和自复位特性稳定，且较经济。将之与耗能稳健的防屈曲支撑并联受力构建出的组合碟簧自复位防屈曲支撑是形式多样的自复位支撑中行之有效的构造之一。将组合碟簧自复位防屈曲支撑连于钢框架中形成新的中心支撑钢框架体系，有望更全面地发挥支撑良好的承载力、延性、耗能和复位能力，为提高结构抗震韧性提供有效解决方案，丰富韧性抗震钢结构可采用的结构体系。本书即是为提供这一种有效解决方案撰写的。
本书作者从2004年开始在国内较早开展了防屈曲支撑钢框架结构抗震性能和设计方法研究，从2015年起又将组合碟簧引入防屈曲支撑并联组装制成自复位防屈曲支撑。从自复位支撑的合理构造入手进行系统研发，先后提出了双侧组合碟簧与内部钢板支撑并联、组合碟簧与内置防屈曲支撑同轴组装并联等新型自复位支撑，将其应用于变化梁柱和柱脚节点形式的钢框架结构中并研究了自复位支撑钢框架体系的抗震性能，具体包括：
1）组合碟簧与BRB的不同组装构造、抗震性能与设计；
2）端部连接变化的同轴组装碟簧自复位防屈曲支撑抗震性能与设计；
3）受压叠合组合碟簧的摩擦机制与其轴向承载-变形性能的理论预测；
4）单斜和人字形碟簧自复位防屈曲支撑钢框架的不同构造和抗震性能；
5）梁柱铰接的防屈曲支撑框架和自复位防屈曲支撑框架的抗震性能；
6）组合碟簧自复位防屈曲支撑和支撑钢框架的分析模型和设计方法。
本书是在参考国内外相关研究成果的基础上，对我在采用组合碟簧复位、防屈曲支撑耗能的自复位抗震钢结构方面的研究成果加以总结而成。

第1章 绪论
第2章 组合碟簧自复位防屈曲支撑的工作原理
第3章 组装碟簧自复位防屈曲支撑的试验、数值模拟和参数分析
第4章 同轴组装组合碟簧自复位防屈曲支撑的试验、数值模拟和参数分析
第5章 端部销接轴向长度可调节碟簧自复位防屈曲支撑的试验、数值模拟和参数分析
第6章 低初始锥角组合碟簧摩擦作用的试验和理论预测研究
第7章 组合碟簧自复位防屈曲支撑钢框架结构的试验研究
第8章 组合碟簧自复位防屈曲支撑钢框架结构的数值模拟
第9章 组合碟簧自复位防屈曲支撑钢框架结构抗震性能分析
参考文献