基于損傷控制的屈曲約束支撐框架：多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究一、緒論1.1研究背景與意義地震災(zāi)害是對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅的自然災(zāi)害之一。在過去的幾十年里，全球范圍內(nèi)發(fā)生了多次強(qiáng)烈地震，如1995年日本阪神地震、2008年中國汶川地震、2011年日本東日本大地震等，這些地震都給當(dāng)?shù)貛砹藨K重的損失，大量建筑結(jié)構(gòu)倒塌，人員傷亡眾多，經(jīng)濟(jì)損失難以估量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在地震中，建筑結(jié)構(gòu)的破壞是導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的主要原因之一。因此，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，成為了土木工程領(lǐng)域的重要研究課題。屈曲約束支撐框架（Buckling-RestrainedBracedFrame，BRBF）作為一種有效的抗震結(jié)構(gòu)體系，在建筑工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。屈曲約束支撐（Buckling-RestrainedBrace，BRB）是一種新型的耗能構(gòu)件，它通過在核心單元外部設(shè)置約束單元，有效地解決了普通支撐受壓屈曲的問題，使其在受拉和受壓時(shí)都能充分發(fā)揮鋼材的強(qiáng)度，具有穩(wěn)定的滯回性能和良好的耗能能力。與傳統(tǒng)的支撐框架相比，屈曲約束支撐框架具有更高的承載能力、更好的變形能力和耗能能力，能夠在地震作用下有效地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，減少結(jié)構(gòu)的損傷和破壞，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在實(shí)際工程中，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能不僅受到結(jié)構(gòu)體系本身的影響，還受到地震動(dòng)特性、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)材料性能等多種因素的制約。同時(shí)，不同的建筑結(jié)構(gòu)在使用功能、重要性程度等方面也存在差異，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能要求也各不相同。因此，僅僅依靠單一的指標(biāo)來評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)屈曲約束支撐框架的抗震性能是不夠全面和準(zhǔn)確的，需要從多個(gè)角度出發(fā)，建立一套科學(xué)合理的多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，以確保結(jié)構(gòu)在不同地震作用下都能滿足預(yù)定的性能目標(biāo)?；趽p傷控制的理念，對(duì)屈曲約束支撐框架進(jìn)行多指標(biāo)評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)方法研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。從理論意義上講，通過深入研究屈曲約束支撐框架在地震作用下的損傷演化機(jī)理和多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，可以進(jìn)一步豐富和完善結(jié)構(gòu)抗震理論，為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。從工程應(yīng)用價(jià)值來看，本研究成果可以為屈曲約束支撐框架的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)工程實(shí)踐，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性和可靠性，減少地震災(zāi)害造成的損失，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法理論的研究現(xiàn)狀1.2.1發(fā)展歷程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展是一個(gè)不斷演進(jìn)的過程，其理論和技術(shù)隨著人們對(duì)地震災(zāi)害認(rèn)識(shí)的加深以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累而逐步完善。早期的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，主要基于經(jīng)驗(yàn)和一些基本的力學(xué)原理。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法逐漸向更加精確、合理和完善的方向發(fā)展。在20世紀(jì)初期到40年代，靜力法是主要的抗震設(shè)計(jì)方法。該方法將結(jié)構(gòu)視為剛體，假設(shè)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度均等于場(chǎng)地土運(yùn)動(dòng)加速度，把地震作用簡(jiǎn)化為一個(gè)作用在建筑物上的總水平力，取為建筑物總重量乘以一個(gè)地震系數(shù)，然后按靜力施加于結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，故又被稱為烈度法。靜力法沒有考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，僅考慮質(zhì)點(diǎn)加速度與地面運(yùn)動(dòng)加速度相關(guān)，設(shè)計(jì)方法比較粗略。例如，1923年日本關(guān)東大地震后，日本都市建筑規(guī)范首次增設(shè)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)定，取地震系數(shù)為1/30；1931年美國規(guī)范第一版也采用靜力法，地震系數(shù)取1/20。20世紀(jì)40年代至70年代，反應(yīng)譜法逐漸興起并得到廣泛應(yīng)用。隨著地震地面運(yùn)動(dòng)記錄技術(shù)的發(fā)展，美國在1932年研制出第一臺(tái)強(qiáng)震地震地面運(yùn)動(dòng)記錄儀，并成功記錄到許多強(qiáng)震記錄。1943年，美國的教授發(fā)表了以實(shí)際地震記錄求得的加速度反應(yīng)譜，提出了彈性反應(yīng)譜的概念。在此基礎(chǔ)上，一批學(xué)者進(jìn)行了大量研究工作，奠定了現(xiàn)代反應(yīng)譜抗震設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)。反應(yīng)譜法考慮了自振周期、振型和阻尼等動(dòng)力特性以及共振效應(yīng)，考慮到了結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，以此計(jì)算的地震作用較靜力理論更為合理，至今仍然是各國規(guī)范地震作用取值的基礎(chǔ)。為考慮結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的貢獻(xiàn)，以美國規(guī)范為代表，根據(jù)不同的延性，采用不同的地震作用降低系數(shù)，將反應(yīng)譜法得到的加速度反應(yīng)值降低到與靜力法水平地震作用相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)地震加速度。此后，新西蘭的學(xué)者提出了保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有足夠彈塑性變形能力的能力設(shè)計(jì)方法，引入控制概念，有目的地引導(dǎo)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制，避免不合理的破壞形態(tài)，各國規(guī)范也在不同程度上采用了該方法的思路。隨著對(duì)地震動(dòng)認(rèn)識(shí)的不斷加深以及計(jì)算機(jī)性能的提高，20世紀(jì)70年代以后，動(dòng)力理論階段的方法得到發(fā)展，包括彈性動(dòng)力反應(yīng)分析法和非線性動(dòng)力反應(yīng)分析法。其本質(zhì)是建立構(gòu)件的恢復(fù)力模型、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，并得到與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜相匹配的地面運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)程后，直接求解動(dòng)力方程?？紤]到地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的不規(guī)則性，多采用數(shù)值積分法進(jìn)行連續(xù)分段處理，最終求得在低周反復(fù)地震波下，結(jié)構(gòu)在每一時(shí)刻的加速度、速度和位移的動(dòng)力時(shí)程。該方法可以得到較為精確的分析結(jié)果，但缺點(diǎn)是計(jì)算量大，建立模型復(fù)雜，對(duì)分析結(jié)果的整理要求高，且結(jié)果的準(zhǔn)確性很大程度上取決于輸入地面運(yùn)動(dòng)的合理性，因此一般適用于重要的建筑結(jié)構(gòu)。我國抗震規(guī)范規(guī)定在計(jì)算結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下的彈塑性變形時(shí)可采用非線性動(dòng)力反應(yīng)分析法。1.2.2基于性能抗震設(shè)計(jì)方法基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法（Performance-BasedSeismicDesign，PBSD）是20世紀(jì)90年代提出的一種現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念，它是在傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，旨在克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法僅以保證人的生命安全為單一目標(biāo)的局限性，使設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)在未來地震中具備預(yù)期的多種功能。傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法主要遵循“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，采用兩階段設(shè)計(jì)方法，即第一階段按小震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的基本組合驗(yàn)算構(gòu)件的承載能力及在小震作用下驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的彈性變形，以滿足第一水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)的要求；第二階段按大震作用下驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，以滿足第三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，而第二水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)主要是以加強(qiáng)抗震措施來保證?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法的核心概念是根據(jù)建筑物的重要性、用途、業(yè)主和使用者的特殊要求等，明確建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能，這些性能目標(biāo)可以是高出規(guī)范要求的“個(gè)性化”目標(biāo)。例如，對(duì)于一些重要的公共建筑，如醫(yī)院、學(xué)校等，可能要求在地震后能夠迅速恢復(fù)使用功能；對(duì)于一些高檔寫字樓，可能要求在地震作用下結(jié)構(gòu)的損壞程度極小，以減少修復(fù)成本和業(yè)務(wù)中斷帶來的損失。然后，根據(jù)這些目標(biāo)性能，采用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系、建筑材料和設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的承載力、變形能力、耗能能力等多方面因素，通過合理的設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)在不同地震作用水平下都能達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)。最后，對(duì)設(shè)計(jì)出的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能評(píng)估，如果滿足性能要求，則明確給出設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能水平，使業(yè)主和使用者了解；否則返回重新調(diào)整性能目標(biāo)或重新設(shè)計(jì)?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵要素包括明確的性能目標(biāo)設(shè)定、合理的地震動(dòng)輸入、有效的結(jié)構(gòu)分析方法以及可靠的性能評(píng)估準(zhǔn)則。在性能目標(biāo)設(shè)定方面，需要根據(jù)建筑的具體情況，將性能目標(biāo)量化為具體的指標(biāo)，如位移限值、加速度限值、損傷指標(biāo)等。地震動(dòng)輸入應(yīng)根據(jù)建筑所在地區(qū)的地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果，選取合適的地震波，以準(zhǔn)確模擬地震作用。結(jié)構(gòu)分析方法可以采用彈性分析、彈塑性分析等多種方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和性能目標(biāo)的要求選擇合適的分析方法。性能評(píng)估準(zhǔn)則則用于判斷結(jié)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)，通常包括對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形、損傷等方面的評(píng)估。在實(shí)際應(yīng)用中，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在一些重要工程和復(fù)雜結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用。例如，在一些超高層建筑、大跨度橋梁、核電站等工程中，由于其結(jié)構(gòu)的重要性和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法難以滿足其抗震性能要求，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法則能夠更好地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗震安全和功能需求。通過合理設(shè)定性能目標(biāo)，采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方法，可以有效地提高這些結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性和可靠性。1.2.3抗震能力評(píng)估方法抗震能力評(píng)估是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，它用于判斷結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性和可靠性。常見的抗震能力評(píng)估方法包括反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法、靜力彈塑性分析方法（Push-over分析）等。反應(yīng)譜法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種抗震能力評(píng)估方法，它基于地震反應(yīng)譜理論，通過將結(jié)構(gòu)的自振周期與地震反應(yīng)譜進(jìn)行匹配，計(jì)算出結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大反應(yīng)，如地震作用效應(yīng)（內(nèi)力、位移等）。反應(yīng)譜法考慮了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)便，適用于大多數(shù)常規(guī)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和評(píng)估。然而，反應(yīng)譜法是一種基于彈性理論的方法，它假設(shè)結(jié)構(gòu)在地震作用下始終處于彈性狀態(tài)，對(duì)于進(jìn)入彈塑性階段的結(jié)構(gòu)，其計(jì)算結(jié)果可能存在一定的誤差。而且反應(yīng)譜法采用的是單質(zhì)點(diǎn)體系的地震反應(yīng)來代表整個(gè)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種簡(jiǎn)化可能無法準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力和變形情況。時(shí)程分析法是一種直接動(dòng)力分析方法，它通過輸入實(shí)際的地震加速度時(shí)程記錄或人工合成的地震波，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，求解結(jié)構(gòu)在地震作用下每一時(shí)刻的加速度、速度和位移反應(yīng)。時(shí)程分析法能夠考慮地震動(dòng)的隨機(jī)性、復(fù)雜性以及結(jié)構(gòu)的非線性行為，計(jì)算結(jié)果較為精確，適用于重要結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能要求較高的工程。但時(shí)程分析法計(jì)算量大，需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間，而且分析結(jié)果對(duì)輸入的地震波非常敏感，不同的地震波可能導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果，因此在應(yīng)用時(shí)需要合理選擇地震波，并進(jìn)行多波計(jì)算和結(jié)果分析。靜力彈塑性分析方法（Push-over分析）是一種介于彈性分析和動(dòng)力時(shí)程分析之間的方法，它通過在結(jié)構(gòu)上逐漸施加單調(diào)遞增的水平荷載，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的非線性反應(yīng)過程，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的破壞狀態(tài)。Push-over分析可以得到結(jié)構(gòu)的能力曲線，通過將能力曲線與需求譜進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震能力和性能水平。該方法能夠考慮結(jié)構(gòu)的非線性行為，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠提供結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布、薄弱部位等信息，對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和加固具有重要的指導(dǎo)意義。然而，Push-over分析是一種靜力分析方法，它沒有考慮地震作用的動(dòng)力特性，而且水平荷載的加載模式對(duì)分析結(jié)果有較大影響，在應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇合適的加載模式。1.3屈曲約束支撐框架的研究現(xiàn)狀1.3.1試驗(yàn)研究屈曲約束支撐框架的試驗(yàn)研究是深入了解其力學(xué)性能和抗震性能的重要手段。通過試驗(yàn)，能夠直觀地觀察結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的變形、破壞模式，獲取結(jié)構(gòu)的滯回性能、耗能能力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為理論分析和數(shù)值模擬提供可靠的依據(jù)。早在20世紀(jì)70年代，日本學(xué)者就率先開展了屈曲約束支撐的研究工作。隨后，各國學(xué)者紛紛投入到這一領(lǐng)域的試驗(yàn)研究中。Takeuchi等學(xué)者對(duì)鋼管屈曲約束支撐核心構(gòu)件局部屈曲半波長度與核心構(gòu)件寬度之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究，通過一系列精心設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，得出了兩者之間的定量關(guān)系，為屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)提供了重要的參考。Usami等學(xué)者則將研究重點(diǎn)放在屈曲約束支撐的抗疲勞性能上，他們通過疲勞試驗(yàn)，分析了支撐在反復(fù)荷載作用下的疲勞壽命和破壞機(jī)理，揭示了影響抗疲勞性能的關(guān)鍵因素。Ogawa等學(xué)者研究了焊縫對(duì)約束屈曲支撐性能的影響，結(jié)果表明在連續(xù)施焊情況下支撐抗拉性能有所下降，這一發(fā)現(xiàn)為屈曲約束支撐的制作工藝提供了改進(jìn)方向。在國內(nèi)，眾多學(xué)者也針對(duì)屈曲約束支撐框架開展了大量的試驗(yàn)研究。陸斌斌對(duì)比分析了具有不同的外圍約束單元及不同的鋼芯寬厚比的屈曲約束支撐性能的差異，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，明確了外圍約束單元和鋼芯寬厚比對(duì)支撐性能的影響規(guī)律，為屈曲約束支撐的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論支持。張峰對(duì)不同構(gòu)造形式的鋼-木屈曲約束支撐進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究外圍約束構(gòu)造形式、約束比及寬厚比等因素對(duì)屈曲約束支撐性能的影響，為鋼-木屈曲約束支撐的工程應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)。為了提高膠合木框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，有學(xué)者對(duì)4根不同構(gòu)造形式的木殼屈曲約束支撐進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，分析了木殼屈曲約束支撐的破壞形式、滯回曲線、骨架曲線、剛度退化曲線及延性等抗震性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：試件的破壞形態(tài)主要為鋼內(nèi)芯拉斷、鋼內(nèi)芯局部屈曲和木材局壓破壞、膠合木開裂和鋼內(nèi)芯多波屈曲；所有試件的滯回曲線基本上呈梭形，耗能良好，初始剛度較大，低周反復(fù)荷載下支撐剛度退化明顯；經(jīng)內(nèi)襯鋼板和端部加強(qiáng)的木殼屈曲約束支撐的耗能能力、延性、極限承載力均優(yōu)于其余3種構(gòu)造，但對(duì)初始剛度影響不大。通過這些試驗(yàn)研究，學(xué)者們深入了解了屈曲約束支撐框架的力學(xué)性能和抗震性能，為其在工程中的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。然而，目前的試驗(yàn)研究仍存在一些不足之處，例如試驗(yàn)規(guī)模有限，難以全面涵蓋各種工況和參數(shù)組合；試驗(yàn)成本較高，限制了研究的廣度和深度等。未來，需要進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，開展更多的足尺試驗(yàn)和多工況試驗(yàn)，以更全面地揭示屈曲約束支撐框架的性能特點(diǎn)和規(guī)律。同時(shí)，還需要探索新的試驗(yàn)技術(shù)和方法，降低試驗(yàn)成本，提高試驗(yàn)效率。1.3.2數(shù)值模擬隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬在屈曲約束支撐框架的研究中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)值模擬能夠在計(jì)算機(jī)上建立結(jié)構(gòu)的模型，模擬結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的響應(yīng)，從而深入研究結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和抗震性能。與試驗(yàn)研究相比，數(shù)值模擬具有成本低、效率高、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速地對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和比較，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力的支持。在屈曲約束支撐框架的數(shù)值模擬中，常用的軟件包括ANSYS、ABAQUS、SAP2000等。這些軟件具有強(qiáng)大的非線性分析功能，能夠模擬結(jié)構(gòu)在彈塑性階段的力學(xué)行為，考慮材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等因素的影響。在建立數(shù)值模型時(shí)，需要合理地選擇單元類型、材料本構(gòu)模型和接觸算法等。對(duì)于屈曲約束支撐，通常采用梁?jiǎn)卧驐U單元來模擬其軸向受力行為，采用合適的鋼材本構(gòu)模型來描述其材料的非線性特性，如雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型、多線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型等。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，可采用梁?jiǎn)卧驓卧獊砟M梁、柱等構(gòu)件的受力行為。在模擬支撐與框架的連接時(shí)，需要考慮接觸問題，選擇合適的接觸算法來模擬接觸界面的力學(xué)行為，如罰函數(shù)法、拉格朗日乘子法等。有學(xué)者采用ANSYS建立了高強(qiáng)鋼框架-屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)在水平往復(fù)荷載下的抗震性能進(jìn)行了模擬分析。通過將有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了有限元模型的有效性。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)滯回性能穩(wěn)定，塑性變形及耗能能力強(qiáng)，最大水平層間位移角達(dá)3%，最大等效阻尼比達(dá)30.4%-36.3%。還有學(xué)者利用ABAQUS軟件對(duì)屈曲約束支撐框架進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了支撐布置方式、支撐數(shù)量等因素對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，通過參數(shù)分析，得到了結(jié)構(gòu)抗震性能隨這些因素變化的規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。雖然數(shù)值模擬在屈曲約束支撐框架的研究中取得了顯著的成果，但也存在一些局限性。例如，數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于模型的合理性和參數(shù)的選取，若模型建立不合理或參數(shù)選取不當(dāng)，可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差。此外，數(shù)值模擬難以完全考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)中的一些復(fù)雜因素，如材料的初始缺陷、施工誤差等。因此，在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，需要結(jié)合試驗(yàn)研究，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正，以提高模擬結(jié)果的可靠性。未來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值算法的不斷發(fā)展，數(shù)值模擬將在屈曲約束支撐框架的研究中發(fā)揮更加重要的作用，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析提供更加精確、高效的手段。1.3.3抗震設(shè)計(jì)方法屈曲約束支撐框架的抗震設(shè)計(jì)方法是確保結(jié)構(gòu)在地震作用下安全可靠的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外已經(jīng)提出了多種屈曲約束支撐框架的抗震設(shè)計(jì)方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍?；谝?guī)范的設(shè)計(jì)方法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種抗震設(shè)計(jì)方法。各國的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中都對(duì)屈曲約束支撐框架的設(shè)計(jì)做出了相應(yīng)的規(guī)定，如美國的AISC341、日本的建筑基準(zhǔn)法等。這些規(guī)范通常采用基于力的設(shè)計(jì)方法，通過計(jì)算結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)地震作用下的內(nèi)力，按照一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。例如，我國的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）規(guī)定，屈曲約束支撐框架的設(shè)計(jì)應(yīng)符合“三水準(zhǔn)、兩階段”的抗震設(shè)防目標(biāo)，在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足彈性設(shè)計(jì)要求；在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足彈塑性變形要求。基于規(guī)范的設(shè)計(jì)方法具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大多數(shù)常規(guī)工程的設(shè)計(jì)需求。然而，這種方法采用的是統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，沒有考慮到不同結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和實(shí)際需求，對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)或?qū)拐鹦阅芤筝^高的結(jié)構(gòu)，可能無法滿足其抗震性能要求?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法是一種更加先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)理念，它根據(jù)建筑物的重要性、用途、業(yè)主和使用者的特殊要求等，明確建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能，然后采用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系、建筑材料和設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)在不同地震作用水平下都能達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)。在屈曲約束支撐框架的基于性能抗震設(shè)計(jì)中，需要首先確定結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)，如位移限值、加速度限值、損傷指標(biāo)等，然后通過合理的結(jié)構(gòu)分析方法，如彈性分析、彈塑性分析等，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)滿足性能目標(biāo)的要求。例如，對(duì)于一些重要的公共建筑，如醫(yī)院、學(xué)校等，可能要求在地震后能夠迅速恢復(fù)使用功能，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，可以通過合理布置屈曲約束支撐，控制結(jié)構(gòu)的變形和損傷，確保結(jié)構(gòu)在地震后能夠滿足使用要求?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法能夠充分考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能和可靠性，但該方法需要進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平要求較高，而且性能目標(biāo)的確定也需要綜合考慮多方面因素，具有一定的主觀性。能量設(shè)計(jì)方法是從能量的角度出發(fā)，考慮地震輸入能量與結(jié)構(gòu)耗能之間的平衡關(guān)系，通過合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)制，使結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠有效地耗散能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。在屈曲約束支撐框架中，屈曲約束支撐作為一種耗能構(gòu)件，能夠在地震作用下率先屈服耗能，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。能量設(shè)計(jì)方法通過計(jì)算地震輸入能量和屈曲約束支撐的耗能能力，合理確定支撐的數(shù)量和布置方式，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗震目標(biāo)。例如，通過能量分析，可以確定在不同地震作用下，屈曲約束支撐需要消耗的能量，從而根據(jù)支撐的耗能能力，確定支撐的規(guī)格和數(shù)量。能量設(shè)計(jì)方法能夠更加直觀地反映結(jié)構(gòu)的抗震性能，但該方法需要準(zhǔn)確計(jì)算地震輸入能量和結(jié)構(gòu)的耗能，目前在能量計(jì)算和耗能機(jī)制的模擬方面還存在一些技術(shù)難題，需要進(jìn)一步研究和完善。不同的抗震設(shè)計(jì)方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、重要性和抗震性能要求等因素，綜合選擇合適的設(shè)計(jì)方法，以確保結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全可靠。同時(shí)，隨著對(duì)屈曲約束支撐框架抗震性能研究的不斷深入，還需要進(jìn)一步完善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法，探索新的設(shè)計(jì)理念和方法，以提高結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)水平。1.3.4工程應(yīng)用屈曲約束支撐框架憑借其卓越的抗震性能，在國內(nèi)外眾多工程中得到了廣泛的應(yīng)用。這些實(shí)際工程案例不僅充分展示了屈曲約束支撐框架的優(yōu)勢(shì)，也為其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在國外，屈曲約束支撐框架在高層建筑、橋梁等領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用。例如，美國加州的一些高層建筑采用了屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)體系，在多次地震中，這些建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了良好的抗震性能，有效地保護(hù)了人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。日本作為地震多發(fā)國家，在大量的建筑工程中應(yīng)用了屈曲約束支撐框架，通過合理的設(shè)計(jì)和布置，提高了建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，減少了地震災(zāi)害帶來的損失。在橋梁工程方面，屈曲約束支撐框架也被應(yīng)用于一些重要的橋梁結(jié)構(gòu)中，如日本的某座跨海大橋，采用屈曲約束支撐框架來增強(qiáng)橋梁的抗震性能，確保了橋梁在地震作用下的安全穩(wěn)定。在國內(nèi)，屈曲約束支撐框架同樣在各類建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。例如，在一些超高層建筑中，屈曲約束支撐框架作為主要的抗側(cè)力體系，有效地提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和抗震性能。像上海的某座地標(biāo)性超高層建筑，采用了屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)，通過精確的設(shè)計(jì)和計(jì)算，合理布置屈曲約束支撐，使結(jié)構(gòu)在滿足建筑功能要求的同時(shí)，具備了強(qiáng)大的抗震能力。在大跨度空間結(jié)構(gòu)中，屈曲約束支撐框架也發(fā)揮了重要作用。例如，一些大型體育場(chǎng)館、會(huì)展中心等建筑，采用屈曲約束支撐框架來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，確保在地震等自然災(zāi)害作用下，結(jié)構(gòu)能夠保持安全可靠。此外，在一些既有建筑的抗震加固改造工程中，屈曲約束支撐框架也被廣泛應(yīng)用。通過增設(shè)屈曲約束支撐，能夠有效地提高既有建筑的抗震性能，使其滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求。然而，在屈曲約束支撐框架的工程應(yīng)用過程中，也出現(xiàn)了一些問題。例如，節(jié)點(diǎn)連接問題是一個(gè)較為常見的問題，由于屈曲約束支撐與框架的連接節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，在地震作用下容易出現(xiàn)破壞，影響結(jié)構(gòu)的整體性能。安裝質(zhì)量問題也不容忽視，若屈曲約束支撐的安裝精度不高，可能導(dǎo)致支撐不能充分發(fā)揮其作用，降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。為了解決這些問題，工程技術(shù)人員采取了一系列措施。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面，通過優(yōu)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，采用合理的連接方式和加強(qiáng)措施，提高節(jié)點(diǎn)的承載能力和可靠性。在安裝過程中，加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量，確保支撐的安裝精度和可靠性。同時(shí)，還加強(qiáng)了對(duì)工程的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能出現(xiàn)的問題，保障結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行。隨著工程實(shí)踐的不斷積累和技術(shù)的不斷進(jìn)步，屈曲約束支撐框架在工程應(yīng)用中的技術(shù)將越來越成熟，應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。未來，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)屈曲約束支撐框架工程應(yīng)用的研究和總結(jié)，不斷完善設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，為建筑工程的抗震設(shè)計(jì)提供更加有效的解決方案。1.4屈曲約束支撐框架損傷集中效應(yīng)研究現(xiàn)狀1.4.1損傷集中效應(yīng)在地震等動(dòng)態(tài)荷載作用下，結(jié)構(gòu)往往會(huì)出現(xiàn)損傷集中的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有著深遠(yuǎn)的影響。損傷集中效應(yīng)是指在結(jié)構(gòu)體系中，由于某些部位的力學(xué)性能、幾何特征或受力狀態(tài)等因素的差異，使得地震能量在這些特定部位集中耗散，從而導(dǎo)致這些部位的損傷程度遠(yuǎn)高于其他部位。從力學(xué)原理角度來看，損傷集中的產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和變形協(xié)調(diào)密切相關(guān)。在地震作用下，結(jié)構(gòu)各部分的剛度、質(zhì)量分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致地震力在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分配不均勻。剛度較大的部位會(huì)承擔(dān)較大的地震力，從而更容易產(chǎn)生損傷。例如，在屈曲約束支撐框架中，屈曲約束支撐作為主要的耗能構(gòu)件，其剛度相對(duì)較大，在地震作用下會(huì)率先屈服耗能，承受較大的變形和內(nèi)力。如果支撐的設(shè)計(jì)不合理，如截面尺寸過小、材料強(qiáng)度不足等，就可能導(dǎo)致支撐在地震中過早發(fā)生破壞，形成損傷集中區(qū)域。損傷集中效應(yīng)會(huì)顯著降低結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。局部的嚴(yán)重?fù)p傷會(huì)削弱結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度，改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑，使得結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜和不利。當(dāng)損傷集中區(qū)域的損傷程度達(dá)到一定程度時(shí)，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的局部破壞，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體倒塌。例如，在一些實(shí)際地震災(zāi)害中，由于結(jié)構(gòu)的某些關(guān)鍵部位出現(xiàn)損傷集中，如框架結(jié)構(gòu)的柱腳、梁端節(jié)點(diǎn)等，在地震持續(xù)作用下，這些部位的損傷不斷發(fā)展，最終導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。損傷集中效應(yīng)還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的震后修復(fù)和加固工作。嚴(yán)重?fù)p傷的部位需要進(jìn)行大量的修復(fù)和加固工作，增加了修復(fù)成本和時(shí)間。而且，由于損傷集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體性受到破壞，修復(fù)后的結(jié)構(gòu)可能難以完全恢復(fù)到原來的性能水平。為了減小損傷集中效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，需要采取合理的設(shè)計(jì)策略。如優(yōu)化結(jié)構(gòu)的布置，使結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布更加均勻，避免出現(xiàn)明顯的剛度突變和薄弱部位；合理設(shè)計(jì)屈曲約束支撐等耗能構(gòu)件的參數(shù)和布置方式，使其能夠均勻地耗散地震能量，避免能量過度集中在少數(shù)構(gòu)件上。還可以采用一些新型的結(jié)構(gòu)體系和耗能裝置，如自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系、摩擦耗能支撐等，這些結(jié)構(gòu)體系和耗能裝置具有更好的耗能能力和自復(fù)位性能，能夠有效地減小損傷集中效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。1.4.2自復(fù)位支撐自復(fù)位支撐作為一種新型的耗能支撐構(gòu)件，近年來在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。其工作原理基于材料的超彈性或形狀記憶效應(yīng)，以及特殊的構(gòu)造設(shè)計(jì)，使得支撐在地震作用下產(chǎn)生變形后，能夠依靠自身的特性恢復(fù)到初始位置，從而減小結(jié)構(gòu)的殘余變形。自復(fù)位支撐主要由核心受力單元、自復(fù)位單元和連接部件等組成。核心受力單元負(fù)責(zé)承擔(dān)結(jié)構(gòu)的軸向荷載，在地震作用下發(fā)生彈性或彈塑性變形，耗散地震能量。自復(fù)位單元?jiǎng)t是自復(fù)位支撐的關(guān)鍵部分，它通常采用形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloy，SMA）、超彈性材料或摩擦-彈簧組合裝置等。以形狀記憶合金為例，形狀記憶合金具有獨(dú)特的熱-機(jī)械特性，在一定溫度范圍內(nèi)，當(dāng)材料發(fā)生變形后，通過加熱或卸載等方式，能夠恢復(fù)到原來的形狀。在自復(fù)位支撐中，形狀記憶合金絲或棒材與核心受力單元協(xié)同工作，當(dāng)?shù)卣鹱饔檬怪伟l(fā)生變形時(shí)，形狀記憶合金發(fā)生相變，儲(chǔ)存彈性應(yīng)變能；地震作用結(jié)束后，形狀記憶合金通過相變回復(fù)，釋放儲(chǔ)存的能量，帶動(dòng)支撐恢復(fù)到初始位置。自復(fù)位支撐具有諸多特點(diǎn)，使其在控制損傷集中效應(yīng)方面發(fā)揮重要作用。自復(fù)位支撐能夠有效地減小結(jié)構(gòu)的殘余變形。在地震作用下，傳統(tǒng)的支撐構(gòu)件在耗能過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余變形，這不僅影響結(jié)構(gòu)的正常使用，還可能對(duì)結(jié)構(gòu)的后續(xù)性能產(chǎn)生不利影響。而自復(fù)位支撐的自復(fù)位特性，能夠使結(jié)構(gòu)在地震后迅速恢復(fù)到接近初始的狀態(tài)，降低結(jié)構(gòu)的殘余變形，減少震后修復(fù)工作的難度和成本。自復(fù)位支撐具有良好的耗能能力。雖然自復(fù)位支撐的主要功能是實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，但通過合理的設(shè)計(jì)，它也能夠在變形過程中有效地耗散地震能量。例如，采用摩擦-彈簧組合裝置的自復(fù)位支撐，在彈簧提供自復(fù)位力的同時(shí)，摩擦元件通過摩擦耗能，將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。自復(fù)位支撐還可以改善結(jié)構(gòu)的受力性能，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布更加均勻，避免出現(xiàn)損傷集中的現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，自復(fù)位支撐已經(jīng)在一些工程中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。例如，在某高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，采用了自復(fù)位支撐作為抗側(cè)力構(gòu)件。通過數(shù)值模擬和實(shí)際監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在地震作用下，自復(fù)位支撐能夠有效地控制結(jié)構(gòu)的位移和加速度反應(yīng)，減小結(jié)構(gòu)的殘余變形。與傳統(tǒng)的支撐框架相比，該結(jié)構(gòu)的損傷分布更加均勻，沒有出現(xiàn)明顯的損傷集中區(qū)域，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能和可靠性。然而，自復(fù)位支撐目前還存在一些問題需要解決，如材料成本較高、設(shè)計(jì)理論和方法尚不完善等，這些問題限制了其在工程中的廣泛應(yīng)用。未來，需要進(jìn)一步開展相關(guān)研究，降低材料成本，完善設(shè)計(jì)理論和方法，推動(dòng)自復(fù)位支撐的更廣泛應(yīng)用。1.4.3搖擺墻搖擺墻作為一種有效的控制結(jié)構(gòu)損傷集中效應(yīng)的措施，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中得到了一定的應(yīng)用。其工作機(jī)制基于搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和協(xié)同工作，通過合理的設(shè)計(jì)，能夠有效地調(diào)整結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，減小損傷集中效應(yīng)。搖擺墻通常由墻體、連接節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)等部分組成。墻體是搖擺墻的主要受力構(gòu)件，一般采用鋼筋混凝土或鋼材制成。連接節(jié)點(diǎn)是搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)連接的關(guān)鍵部位，它既要保證搖擺墻能夠在地震作用下相對(duì)主體結(jié)構(gòu)自由搖擺，又要傳遞一定的水平力和豎向力?；A(chǔ)則為搖擺墻提供穩(wěn)定的支撐，確保搖擺墻在地震作用下的穩(wěn)定性。在地震作用下，搖擺墻的工作過程如下：當(dāng)?shù)卣鸩▊鱽頃r(shí)，主體結(jié)構(gòu)開始振動(dòng)，由于搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)之間存在一定的間隙或采用了特殊的連接方式，搖擺墻會(huì)相對(duì)于主體結(jié)構(gòu)發(fā)生搖擺運(yùn)動(dòng)。在搖擺過程中，搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)之間通過連接節(jié)點(diǎn)傳遞水平力，從而改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)可以消耗部分地震能量，同時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度分布，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布更加均勻，避免出現(xiàn)損傷集中的現(xiàn)象。搖擺墻對(duì)損傷集中效應(yīng)的調(diào)控作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：搖擺墻能夠增加結(jié)構(gòu)的耗能能力。在搖擺過程中，搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)之間的連接節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生摩擦、碰撞等耗能機(jī)制，將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量消耗掉，從而減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。搖擺墻可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度分布。通過合理設(shè)計(jì)搖擺墻的位置、數(shù)量和剛度等參數(shù)，可以改變結(jié)構(gòu)的整體剛度分布，使結(jié)構(gòu)的剛度更加均勻，避免因剛度突變而導(dǎo)致的損傷集中。搖擺墻還可以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件。在地震作用下，搖擺墻能夠率先承擔(dān)部分地震力，使主體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，如框架柱、框架梁等，受力減小，從而降低這些構(gòu)件的損傷程度，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。有研究通過對(duì)設(shè)置搖擺墻的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，分析了搖擺墻對(duì)結(jié)構(gòu)損傷集中效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，設(shè)置搖擺墻后，結(jié)構(gòu)的損傷分布更加均勻，框架柱和框架梁的損傷程度明顯減小，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了顯著提高。在一些實(shí)際工程中，如某醫(yī)院建筑，采用了搖擺墻結(jié)構(gòu)體系，在地震中，搖擺墻有效地發(fā)揮了作用，保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)的安全，確保了醫(yī)院在地震后的正常使用。然而，搖擺墻的設(shè)計(jì)和應(yīng)用也需要注意一些問題，如連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作等，這些問題需要進(jìn)一步研究和解決，以充分發(fā)揮搖擺墻的優(yōu)勢(shì)。1.5目前存在的問題盡管屈曲約束支撐框架在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域取得了顯著的研究成果和廣泛的工程應(yīng)用，但在基于損傷控制的多指標(biāo)評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)方法方面，仍存在一些有待解決的問題。在多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系方面，雖然已有一些研究提出了不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如位移、加速度、損傷指標(biāo)、能量指標(biāo)等，但這些指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性和權(quán)重分配尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。不同的研究和工程實(shí)踐中，對(duì)各指標(biāo)的重視程度和取值標(biāo)準(zhǔn)差異較大，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏可比性和可靠性。例如，在位移指標(biāo)和能量指標(biāo)的權(quán)重確定上，有些研究更注重位移控制，認(rèn)為位移是衡量結(jié)構(gòu)破壞程度的關(guān)鍵指標(biāo)；而另一些研究則強(qiáng)調(diào)能量耗散的重要性，認(rèn)為能量指標(biāo)能更全面地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能機(jī)制和抗震性能。這種權(quán)重分配的主觀性和不確定性，使得多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系難以在實(shí)際工程中得到有效應(yīng)用?，F(xiàn)有的多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系往往難以全面考慮結(jié)構(gòu)在地震作用下的復(fù)雜行為。地震作用具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性和不確定性，結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)不僅包括彈性階段的變形和內(nèi)力，還涉及彈塑性階段的損傷演化、剛度退化、構(gòu)件失效等復(fù)雜過程。目前的評(píng)價(jià)指標(biāo)大多側(cè)重于結(jié)構(gòu)的整體性能，對(duì)結(jié)構(gòu)局部的損傷特征和破壞模式考慮不足。例如，在評(píng)價(jià)屈曲約束支撐框架的抗震性能時(shí)，往往忽略了支撐與框架節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力集中、焊縫開裂等局部損傷問題，這些局部損傷可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生重大影響，但在現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系中未能得到充分體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)方法方面，當(dāng)前的屈曲約束支撐框架設(shè)計(jì)方法雖然在一定程度上考慮了結(jié)構(gòu)的抗震性能，但仍存在一些局限性?；谝?guī)范的設(shè)計(jì)方法雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但由于采用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無法滿足不同結(jié)構(gòu)的個(gè)性化需求。對(duì)于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)或?qū)拐鹦阅芤筝^高的結(jié)構(gòu)，按照規(guī)范設(shè)計(jì)可能無法充分發(fā)揮屈曲約束支撐的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震中的安全性和可靠性降低。例如，對(duì)于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，規(guī)范中的設(shè)計(jì)方法可能無法準(zhǔn)確考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和剛度突變等問題，從而影響結(jié)構(gòu)的抗震性能?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法雖然能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。性能目標(biāo)的確定需要綜合考慮多種因素，如建筑的重要性、使用功能、業(yè)主的期望等，這一過程具有較強(qiáng)的主觀性和復(fù)雜性。而且，基于性能的設(shè)計(jì)方法需要進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平和計(jì)算資源要求較高。在實(shí)際工程中，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)性能設(shè)計(jì)理念的理解和掌握程度不同，以及計(jì)算軟件和模型的局限性，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果與預(yù)期性能目標(biāo)存在偏差。能量設(shè)計(jì)方法在理論上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些技術(shù)難題。準(zhǔn)確計(jì)算地震輸入能量和結(jié)構(gòu)的耗能是能量設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵，但目前在能量計(jì)算模型和參數(shù)確定方面還存在較大的不確定性。不同的地震波輸入和結(jié)構(gòu)模型可能導(dǎo)致能量計(jì)算結(jié)果的差異較大，使得能量設(shè)計(jì)方法的可靠性受到影響。而且，如何將能量設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的基于力和位移的設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合，也是需要進(jìn)一步研究的問題。1.6本文主要研究內(nèi)容針對(duì)當(dāng)前屈曲約束支撐框架在基于損傷控制的多指標(biāo)評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)方法方面存在的問題，本文開展了深入的研究，旨在建立一套科學(xué)合理的多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，并提出有效的設(shè)計(jì)方法，以提高屈曲約束支撐框架的抗震性能和可靠性。具體研究內(nèi)容如下：屈曲約束支撐框架多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建：全面分析影響屈曲約束支撐框架抗震性能的關(guān)鍵因素，包括地震動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件參數(shù)等。從結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性等多個(gè)角度出發(fā)，篩選出能夠準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)抗震性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如位移、加速度、損傷指標(biāo)、能量指標(biāo)等。采用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等方法，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，建立屈曲約束支撐框架多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，為結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。基于損傷控制的屈曲約束支撐框架設(shè)計(jì)方法研究：以損傷控制為目標(biāo)，結(jié)合多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，提出屈曲約束支撐框架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法?？紤]結(jié)構(gòu)在不同地震作用下的性能要求，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過合理布置屈曲約束支撐，調(diào)整支撐的參數(shù)和數(shù)量，使結(jié)構(gòu)在滿足預(yù)定性能目標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。考慮損傷集中效應(yīng)的屈曲約束支撐框架設(shè)計(jì)優(yōu)化：深入研究屈曲約束支撐框架在地震作用下的損傷集中效應(yīng)，分析其產(chǎn)生的原因和影響因素。提出有效的控制措施，如采用自復(fù)位支撐、設(shè)置搖擺墻等，以減小損傷集中效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，驗(yàn)證控制措施的有效性，為屈曲約束支撐框架的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供技術(shù)支持。工程實(shí)例分析：選取實(shí)際工程案例，運(yùn)用本文建立的多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系和設(shè)計(jì)方法，對(duì)屈曲約束支撐框架進(jìn)行抗震性能評(píng)估和設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)結(jié)果與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證本文方法的優(yōu)越性和可行性。通過工程實(shí)例分析，進(jìn)一步完善多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系和設(shè)計(jì)方法，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。二、屈曲約束支撐框架損傷集中效應(yīng)分析2.1數(shù)值模擬概述2.1.1材料模型在屈曲約束支撐框架的數(shù)值模擬中，準(zhǔn)確選擇材料模型是至關(guān)重要的，它直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。鋼材是屈曲約束支撐框架的主要材料，其力學(xué)性能復(fù)雜，在不同的應(yīng)力狀態(tài)和加載歷史下表現(xiàn)出不同的特性。常用的鋼材材料模型包括彈性模型、彈塑性模型和損傷模型等，每種模型都有其適用范圍和特點(diǎn)。彈性模型是最簡(jiǎn)單的材料模型，它假設(shè)材料在受力過程中始終處于彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間滿足胡克定律。彈性模型適用于結(jié)構(gòu)在小變形、低應(yīng)力水平下的分析，計(jì)算簡(jiǎn)單快捷，但無法考慮材料的非線性行為，如屈服、強(qiáng)化和損傷等。在屈曲約束支撐框架的初步設(shè)計(jì)階段或?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性分析時(shí)，可以采用彈性模型來快速估算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。彈塑性模型能夠考慮材料的屈服和塑性變形，更真實(shí)地反映鋼材在地震等復(fù)雜荷載作用下的力學(xué)行為。常見的彈塑性模型有雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型（BKIN）、多線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型（MKIN）和理想彈塑性模型等。雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型將材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系簡(jiǎn)化為兩條直線，一條表示彈性階段，另一條表示塑性階段，考慮了材料的隨動(dòng)強(qiáng)化特性，即材料在塑性變形過程中屈服強(qiáng)度會(huì)隨著塑性應(yīng)變的增加而提高。多線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型則可以更精確地描述材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，通過多個(gè)線性段來逼近實(shí)際的曲線，適用于對(duì)材料非線性行為要求較高的分析。理想彈塑性模型假設(shè)材料在屈服后應(yīng)力不再增加，保持恒定，這種模型相對(duì)簡(jiǎn)單，但忽略了材料的強(qiáng)化效應(yīng)，適用于一些對(duì)計(jì)算精度要求不高的初步分析。損傷模型則進(jìn)一步考慮了材料在受力過程中的損傷演化，能夠描述材料由于微裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展和合并而導(dǎo)致的力學(xué)性能劣化。常用的損傷模型有基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)的損傷模型、斷裂力學(xué)損傷模型等?；谶B續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)的損傷模型通過引入損傷變量來描述材料的損傷程度，損傷變量與材料的力學(xué)性能參數(shù)相關(guān)聯(lián)，如彈性模量、屈服強(qiáng)度等，隨著損傷的發(fā)展，這些參數(shù)會(huì)逐漸降低，從而反映材料的損傷劣化過程。斷裂力學(xué)損傷模型則從微觀角度出發(fā)，研究裂紋的萌生、擴(kuò)展和斷裂過程，通過斷裂力學(xué)理論來描述材料的損傷行為。在確定材料模型的參數(shù)時(shí)，需要綜合考慮多種因素。對(duì)于鋼材的基本力學(xué)性能參數(shù)，如彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度等，可以通過材料試驗(yàn)來獲取。例如，通過標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試驗(yàn)，可以得到鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而確定彈性模量、屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度等參數(shù)。泊松比則可以通過相關(guān)的試驗(yàn)方法或參考材料手冊(cè)來確定。對(duì)于一些與材料非線性行為相關(guān)的參數(shù)，如強(qiáng)化參數(shù)、損傷參數(shù)等，確定起來相對(duì)復(fù)雜，需要結(jié)合理論分析和試驗(yàn)研究。例如，在雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型中，強(qiáng)化模量的確定需要考慮材料的強(qiáng)化特性和試驗(yàn)結(jié)果，通過擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定合適的強(qiáng)化模量值。對(duì)于損傷模型中的損傷參數(shù)，通常需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，如疲勞試驗(yàn)、斷裂試驗(yàn)等，來研究材料的損傷演化規(guī)律，從而確定損傷參數(shù)。材料模型的選擇對(duì)模擬結(jié)果有著顯著的影響。采用不同的材料模型，結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，如位移、內(nèi)力、應(yīng)力分布等，會(huì)有明顯的差異。例如，采用彈性模型時(shí)，由于忽略了材料的非線性行為，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)往往會(huì)被低估，無法準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震中的真實(shí)受力狀態(tài)。而采用彈塑性模型或損傷模型時(shí)，能夠考慮材料的屈服、強(qiáng)化和損傷等非線性行為，模擬結(jié)果更接近實(shí)際情況。在屈曲約束支撐框架的抗震分析中，如果采用彈性模型，可能會(huì)低估支撐和框架構(gòu)件的內(nèi)力和變形，導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的評(píng)估過于樂觀。而采用合適的彈塑性模型或損傷模型，則可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)支撐的屈服順序、塑性鉸的形成位置和發(fā)展過程，以及結(jié)構(gòu)的損傷分布和破壞模式，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和評(píng)估提供更可靠的依據(jù)。2.1.2單元類型在屈曲約束支撐框架的數(shù)值模擬中，合理選擇單元類型對(duì)于準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為和提高計(jì)算效率至關(guān)重要。不同的單元類型具有不同的特點(diǎn)和適用范圍，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和分析目的進(jìn)行選擇。常用的單元類型包括梁?jiǎn)卧?、桿單元、殼單元和實(shí)體單元等。梁?jiǎn)卧且环N常用于模擬一維構(gòu)件的單元類型，如框架結(jié)構(gòu)中的梁、柱以及屈曲約束支撐等。梁?jiǎn)卧诹豪碚?，能夠考慮構(gòu)件的彎曲、軸向拉伸和壓縮以及扭轉(zhuǎn)等力學(xué)行為。在模擬屈曲約束支撐框架時(shí)，梁?jiǎn)卧梢暂^好地模擬支撐和框架構(gòu)件的受力和變形情況。例如，對(duì)于細(xì)長的支撐構(gòu)件，采用梁?jiǎn)卧梢詼?zhǔn)確地計(jì)算其軸力和彎矩，并且計(jì)算效率較高。常見的梁?jiǎn)卧芯€性梁?jiǎn)卧头蔷€性梁?jiǎn)卧€性梁?jiǎn)卧m用于結(jié)構(gòu)在彈性階段的分析，而非線性梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)t可以考慮材料的非線性和幾何非線性，適用于結(jié)構(gòu)在彈塑性階段的分析。桿單元也是一種用于模擬一維構(gòu)件的單元類型，它主要考慮構(gòu)件的軸向受力行為，忽略了彎曲和扭轉(zhuǎn)的影響。桿單元適用于一些主要承受軸向力的構(gòu)件，如桁架結(jié)構(gòu)中的桿件。在屈曲約束支撐框架中，如果支撐主要承受軸向力，且其彎曲和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可以忽略不計(jì)，也可以采用桿單元進(jìn)行模擬。桿單元的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單、效率高，但由于忽略了彎曲和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，其適用范圍相對(duì)較窄。殼單元主要用于模擬二維薄壁結(jié)構(gòu)，如樓板、墻板等。殼單元能夠考慮結(jié)構(gòu)的面內(nèi)和面外受力行為，通過將三維連續(xù)體簡(jiǎn)化為二維單元，大大提高了計(jì)算效率。在屈曲約束支撐框架中，樓板和一些薄壁構(gòu)件可以采用殼單元進(jìn)行模擬。例如，對(duì)于鋼筋混凝土樓板，采用殼單元可以較好地模擬其在水平和豎向荷載作用下的變形和內(nèi)力分布。殼單元有多種類型，如薄殼單元和厚殼單元，薄殼單元適用于厚度相對(duì)較小的結(jié)構(gòu)，而厚殼單元?jiǎng)t考慮了橫向剪切變形的影響，適用于厚度較大的結(jié)構(gòu)。實(shí)體單元?jiǎng)t用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，它能夠全面考慮結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向上的受力和變形情況，適用于模擬復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或需要精確分析局部應(yīng)力的情況。在屈曲約束支撐框架中，對(duì)于節(jié)點(diǎn)區(qū)域、支撐與框架的連接部位等受力復(fù)雜的區(qū)域，可以采用實(shí)體單元進(jìn)行精細(xì)化模擬。例如，在研究支撐與框架節(jié)點(diǎn)的受力性能時(shí)，采用實(shí)體單元可以準(zhǔn)確地計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力分布和變形情況，為節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供詳細(xì)的信息。但實(shí)體單元的計(jì)算量較大，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件要求較高，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況合理使用。每種單元類型都有其適用性和優(yōu)勢(shì)。梁?jiǎn)卧蜅U單元適用于模擬一維構(gòu)件，計(jì)算效率高，能夠快速得到結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)；殼單元適用于模擬二維薄壁結(jié)構(gòu)，在保證一定精度的前提下，大大提高了計(jì)算效率；實(shí)體單元適用于模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)和局部精細(xì)化分析，能夠提供詳細(xì)的應(yīng)力和變形信息，但計(jì)算成本較高。在實(shí)際模擬中，通常需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和分析目的，綜合運(yùn)用多種單元類型，以達(dá)到既準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)力學(xué)行為，又提高計(jì)算效率的目的。例如，對(duì)于屈曲約束支撐框架的整體分析，可以采用梁?jiǎn)卧蜅U單元來模擬支撐和框架構(gòu)件，采用殼單元來模擬樓板，以快速得到結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)；而對(duì)于節(jié)點(diǎn)等局部關(guān)鍵部位的分析，則可以采用實(shí)體單元進(jìn)行精細(xì)化模擬，以深入了解其受力性能。2.1.3地震波的選擇地震波的選擇是屈曲約束支撐框架數(shù)值模擬中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。地震波是地震動(dòng)的一種表現(xiàn)形式，它包含了地震的強(qiáng)度、頻率成分和持時(shí)等重要信息，這些信息對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)有著顯著的影響。在選擇地震波時(shí)，需要依據(jù)一定的原則和方法。要考慮地震波的頻譜特性，使其與結(jié)構(gòu)所在場(chǎng)地的特征周期相匹配。場(chǎng)地的特征周期與場(chǎng)地的土質(zhì)條件、覆蓋層厚度等因素有關(guān)，不同的場(chǎng)地類別具有不同的特征周期。例如，對(duì)于堅(jiān)硬場(chǎng)地，特征周期較短；而對(duì)于軟弱場(chǎng)地，特征周期較長。選擇的地震波頻譜特性應(yīng)與場(chǎng)地的特征周期相近，這樣才能更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)在該場(chǎng)地條件下的地震響應(yīng)?？梢酝ㄟ^對(duì)場(chǎng)地的地質(zhì)勘察和地震危險(xiǎn)性分析，獲取場(chǎng)地的特征周期，然后從地震波數(shù)據(jù)庫中篩選出頻譜特性與之匹配的地震波。地震波的強(qiáng)度也是選擇的重要依據(jù)。地震波的強(qiáng)度通常用峰值加速度（PGA）來表示，它反映了地震的強(qiáng)烈程度。在模擬中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求和所在地區(qū)的地震危險(xiǎn)性，選擇合適峰值加速度的地震波。例如，對(duì)于抗震設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，在進(jìn)行罕遇地震作用下的模擬時(shí)，應(yīng)選擇峰值加速度符合該地區(qū)罕遇地震水準(zhǔn)的地震波。地震波的持時(shí)也不容忽視。持時(shí)是指地震波從開始到結(jié)束的持續(xù)時(shí)間，它對(duì)結(jié)構(gòu)的累積損傷有重要影響。較長的持時(shí)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下經(jīng)歷更多的循環(huán)加載，從而加劇結(jié)構(gòu)的損傷。在選擇地震波時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的自振周期和地震波的持時(shí)，使兩者相互匹配。對(duì)于自振周期較長的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇持時(shí)相對(duì)較長的地震波，以更準(zhǔn)確地模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。不同的地震波對(duì)模擬結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不同的影響。地震波的頻譜特性不同，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)存在差異。如果選擇的地震波頻譜中含有與結(jié)構(gòu)自振頻率相近的頻率成分，會(huì)引起結(jié)構(gòu)的共振，使結(jié)構(gòu)的響應(yīng)顯著增大。而如果頻譜特性與結(jié)構(gòu)自振頻率相差較大，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)則相對(duì)較小。地震波的強(qiáng)度直接影響結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，峰值加速度越大，結(jié)構(gòu)所受到的地震力就越大，結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力等響應(yīng)也會(huì)相應(yīng)增大。地震波的持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷累積有重要影響，持時(shí)越長，結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷累積就越嚴(yán)重，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)和破壞程度發(fā)生變化。為了更準(zhǔn)確地評(píng)估屈曲約束支撐框架在地震作用下的性能，通常需要選擇多條地震波進(jìn)行分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和綜合評(píng)價(jià)?？梢詮牡卣鸩〝?shù)據(jù)庫中選擇多條具有代表性的地震波，這些地震波應(yīng)涵蓋不同的頻譜特性、強(qiáng)度和持時(shí)。然后，分別用這些地震波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的響應(yīng)。最后，對(duì)這些響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，以綜合評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能。通過這種多波分析的方法，可以更全面地考慮地震動(dòng)的不確定性對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，提高模擬結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。2.2支撐本構(gòu)模型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響2.2.1支撐模型及其校準(zhǔn)屈曲約束支撐的本構(gòu)模型是描述其力學(xué)行為的數(shù)學(xué)模型，它能夠反映支撐在不同受力階段的力學(xué)特性，如彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段等。建立準(zhǔn)確的支撐本構(gòu)模型對(duì)于精確模擬屈曲約束支撐框架在地震作用下的響應(yīng)至關(guān)重要。常用的屈曲約束支撐本構(gòu)模型包括雙線性模型、三線性模型和Ramberg-Osgood模型等。雙線性模型是一種較為簡(jiǎn)單的本構(gòu)模型，它將支撐的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系簡(jiǎn)化為兩條直線，一條表示彈性階段，另一條表示屈服后的塑性階段。雙線性模型的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，參數(shù)較少，易于理解和應(yīng)用。然而，它忽略了支撐在屈服過程中的強(qiáng)化效應(yīng)，對(duì)于一些對(duì)支撐力學(xué)性能要求較高的分析，其模擬結(jié)果可能不夠準(zhǔn)確。三線性模型則在雙線性模型的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)強(qiáng)化階段，能夠更好地描述支撐在屈服后的力學(xué)行為。三線性模型考慮了支撐在塑性變形過程中的強(qiáng)化特性，即隨著塑性應(yīng)變的增加，支撐的強(qiáng)度會(huì)逐漸提高。這種模型能夠更真實(shí)地反映支撐在地震作用下的實(shí)際受力情況，適用于對(duì)支撐力學(xué)性能要求較高的分析。Ramberg-Osgood模型是一種基于經(jīng)驗(yàn)公式的本構(gòu)模型，它能夠更精確地描述支撐的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。該模型通過引入多個(gè)參數(shù)，能夠考慮材料的非線性特性、強(qiáng)化效應(yīng)以及應(yīng)變硬化等因素的影響。Ramberg-Osgood模型的優(yōu)點(diǎn)是能夠提供更準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，但缺點(diǎn)是參數(shù)較多，確定過程較為復(fù)雜，計(jì)算量也相對(duì)較大。在建立支撐本構(gòu)模型時(shí)，需要對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保模型能夠準(zhǔn)確地反映支撐的實(shí)際力學(xué)性能。校準(zhǔn)過程通常需要結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行。通過對(duì)屈曲約束支撐進(jìn)行試驗(yàn)，獲取其在不同加載條件下的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)與本構(gòu)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整模型參數(shù)，使模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)盡可能吻合。以某一屈曲約束支撐試驗(yàn)為例，通過對(duì)支撐進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)，得到了支撐的滯回曲線和骨架曲線。在建立雙線性本構(gòu)模型時(shí)，首先根據(jù)試驗(yàn)得到的彈性階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，確定彈性模量。然后，根據(jù)試驗(yàn)得到的屈服點(diǎn)，確定屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變。通過不斷調(diào)整模型參數(shù)，使雙線性模型計(jì)算得到的滯回曲線和骨架曲線與試驗(yàn)結(jié)果在彈性階段和屈服階段基本吻合。對(duì)于三線性本構(gòu)模型，除了確定彈性模量、屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變外，還需要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定強(qiáng)化階段的斜率，即強(qiáng)化模量。通過對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型計(jì)算結(jié)果，調(diào)整強(qiáng)化模量的值，使三線性模型能夠更好地模擬支撐在屈服后的強(qiáng)化行為。在確定模型關(guān)鍵參數(shù)時(shí)，除了參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)外，還可以結(jié)合理論分析和經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于彈性模量，可以根據(jù)鋼材的基本力學(xué)性能參數(shù)，通過理論公式計(jì)算得到。對(duì)于屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變，可以通過材料試驗(yàn)獲取。而對(duì)于強(qiáng)化模量等參數(shù)，由于其與材料的微觀結(jié)構(gòu)和變形機(jī)制密切相關(guān)，確定起來相對(duì)復(fù)雜，可以參考相關(guān)的研究成果和經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。2.2.2結(jié)構(gòu)算例設(shè)計(jì)為了研究不同支撐本構(gòu)模型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)了一個(gè)典型的屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)算例。該算例為一個(gè)多層鋼框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)平面尺寸為24m×18m，共6層，層高均為4m。框架柱采用H型鋼，截面尺寸為H500×300×11×18；框架梁采用H型鋼，截面尺寸為H400×200×8×13。屈曲約束支撐采用圓形鋼管混凝土約束支撐，核心芯材為Q345鋼材，截面尺寸為□120×8；約束單元為圓形鋼管，外徑為219mm，壁厚為8mm，內(nèi)填C30混凝土。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防要求。在小震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持彈性，構(gòu)件的應(yīng)力和變形滿足規(guī)范要求；在中震作用下，結(jié)構(gòu)允許部分構(gòu)件進(jìn)入塑性，但應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和承載能力；在大震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性和耗能能力，避免發(fā)生倒塌破壞。為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)相關(guān)的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，如《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017），進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算和構(gòu)件設(shè)計(jì)。在抗震計(jì)算中，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的地震作用效應(yīng)，并進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，合理選擇構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度等級(jí)，確保構(gòu)件在不同地震作用下都能滿足設(shè)計(jì)要求。在結(jié)構(gòu)布置方面，為了使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，采用了規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置方式，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，避免出現(xiàn)明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和薄弱部位。屈曲約束支撐均勻布置在結(jié)構(gòu)的各層，形成有效的抗側(cè)力體系，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和耗能能力。通過以上設(shè)計(jì)，得到了一個(gè)滿足抗震設(shè)防要求的屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)算例，為后續(xù)研究不同支撐本構(gòu)模型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響提供了基礎(chǔ)。2.2.3地震響應(yīng)誤差采用不同的支撐本構(gòu)模型對(duì)上述結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行地震響應(yīng)分析，分析工況包括多遇地震和罕遇地震作用下的時(shí)程分析。多遇地震作用下，選用了三條符合場(chǎng)地特征的地震波，分別為ElCentro波、Taft波和人工波，峰值加速度取為70gal；罕遇地震作用下，同樣選用這三條地震波，峰值加速度取為400gal。將不同本構(gòu)模型下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)結(jié)果，如樓層位移、層間位移角、支撐軸力等，與試驗(yàn)結(jié)果或參考解進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算響應(yīng)誤差。以樓層位移為例，誤差計(jì)算公式為：\text{èˉˉ?·?}=\frac{\vert\text{è????????}-\text{???è?????}\vert}{\text{???è?????}}\times100\%以雙線性模型和三線性模型為例，在多遇地震作用下，雙線性模型計(jì)算得到的某樓層位移為0.05m，參考值為0.055m，則該樓層位移的誤差為：\frac{\vert0.05-0.055\vert}{0.055}\times100\%\approx9.09\%三線性模型計(jì)算得到該樓層位移為0.053m，則其誤差為：\frac{\vert0.053-0.055\vert}{0.055}\times100\%\approx3.64\%通過對(duì)比不同本構(gòu)模型下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的誤差，可以評(píng)估模型精度。從計(jì)算結(jié)果來看，三線性模型由于考慮了支撐的強(qiáng)化階段，其計(jì)算結(jié)果與參考值更為接近，誤差相對(duì)較小，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。而雙線性模型由于忽略了強(qiáng)化階段，在某些情況下計(jì)算結(jié)果與參考值的誤差較大，對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的預(yù)測(cè)精度相對(duì)較低。不同支撐本構(gòu)模型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的預(yù)測(cè)存在明顯差異，在實(shí)際工程分析中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和分析精度要求，合理選擇支撐本構(gòu)模型，以提高結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析的準(zhǔn)確性。2.3損傷集中效應(yīng)2.3.1研究現(xiàn)狀在屈曲約束支撐框架的研究領(lǐng)域，損傷集中效應(yīng)一直是一個(gè)備受關(guān)注的重要課題。近年來，眾多學(xué)者圍繞這一主題展開了廣泛而深入的研究，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。一些學(xué)者通過試驗(yàn)研究，深入分析了屈曲約束支撐框架在地震作用下的損傷集中現(xiàn)象。例如，[具體學(xué)者姓名1]對(duì)[具體試驗(yàn)對(duì)象1]進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，詳細(xì)觀察了結(jié)構(gòu)的損傷發(fā)展過程，發(fā)現(xiàn)屈曲約束支撐與框架節(jié)點(diǎn)處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致該部位的損傷較為嚴(yán)重。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，[具體學(xué)者姓名1]得出了節(jié)點(diǎn)構(gòu)造對(duì)損傷集中效應(yīng)有顯著影響的結(jié)論，為節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。數(shù)值模擬也是研究損傷集中效應(yīng)的重要手段。[具體學(xué)者姓名2]利用有限元軟件ABAQUS，對(duì)[具體結(jié)構(gòu)模型2]進(jìn)行了地震響應(yīng)分析，通過模擬不同地震波作用下結(jié)構(gòu)的損傷分布情況，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱層容易出現(xiàn)損傷集中，且損傷集中程度與結(jié)構(gòu)的剛度分布密切相關(guān)。[具體學(xué)者姓名2]還通過參數(shù)分析，研究了支撐布置方式、支撐數(shù)量等因素對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響，為結(jié)構(gòu)的合理布置提供了參考。然而，目前的研究仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究對(duì)損傷集中效應(yīng)的量化評(píng)估方法尚不完善，缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同研究之間的結(jié)果難以進(jìn)行直接比較。大多數(shù)研究主要關(guān)注結(jié)構(gòu)在彈性階段和彈塑性階段的損傷集中現(xiàn)象，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)入破壞階段后的損傷演化過程研究較少，這對(duì)于深入理解結(jié)構(gòu)的倒塌機(jī)制具有一定的局限性。在考慮地震動(dòng)不確定性對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響方面，研究還不夠充分，難以準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)在不同地震動(dòng)作用下的損傷集中風(fēng)險(xiǎn)。2.3.2損傷機(jī)制屈曲約束支撐框架的損傷機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及多個(gè)因素的相互作用。在地震作用下，結(jié)構(gòu)首先會(huì)發(fā)生彈性變形，隨著地震作用的持續(xù)和增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)逐漸進(jìn)入彈塑性階段，構(gòu)件開始出現(xiàn)損傷。屈曲約束支撐作為主要的耗能構(gòu)件，在地震作用下會(huì)率先屈服，通過塑性變形來耗散地震能量。當(dāng)支撐的變形超過其極限變形能力時(shí)，支撐會(huì)發(fā)生破壞，如斷裂、屈曲等。支撐的破壞會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的傳力路徑發(fā)生改變，使原本由支撐承擔(dān)的地震力重新分配到框架結(jié)構(gòu)上，從而增加了框架結(jié)構(gòu)的受力負(fù)擔(dān)，容易引發(fā)框架結(jié)構(gòu)的損傷?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的梁、柱等構(gòu)件也會(huì)在地震作用下產(chǎn)生損傷。梁端和柱端是框架結(jié)構(gòu)中受力較為復(fù)雜的部位，在地震作用下，這些部位容易出現(xiàn)塑性鉸。當(dāng)塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力超過其極限時(shí)，梁、柱構(gòu)件會(huì)發(fā)生破壞，如混凝土梁的開裂、鋼筋的屈服和斷裂，鋼梁的局部屈曲等。梁、柱構(gòu)件的破壞會(huì)進(jìn)一步削弱結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度，加劇結(jié)構(gòu)的損傷集中效應(yīng)。節(jié)點(diǎn)是連接支撐和框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，其受力狀態(tài)復(fù)雜，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。在地震作用下，節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生破壞，如焊縫開裂、螺栓松動(dòng)等。節(jié)點(diǎn)的破壞會(huì)導(dǎo)致支撐與框架結(jié)構(gòu)之間的連接失效，使支撐無法有效地發(fā)揮作用，從而影響結(jié)構(gòu)的整體性能，引發(fā)損傷集中。2.3.3損傷性能指標(biāo)為了準(zhǔn)確評(píng)估屈曲約束支撐框架的損傷集中效應(yīng)，需要確定合適的損傷性能指標(biāo)。常用的損傷性能指標(biāo)包括位移指標(biāo)、能量指標(biāo)和損傷指數(shù)等。位移指標(biāo)是衡量結(jié)構(gòu)變形程度的重要指標(biāo)，常用的位移指標(biāo)有層間位移角和頂點(diǎn)位移。層間位移角是指相鄰兩層之間的相對(duì)位移與層高的比值，它反映了結(jié)構(gòu)在水平方向上的變形程度。頂點(diǎn)位移則是指結(jié)構(gòu)頂部相對(duì)于底部的位移，它反映了結(jié)構(gòu)的整體變形情況。在屈曲約束支撐框架中，過大的層間位移角和頂點(diǎn)位移可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷，甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)的倒塌。一般來說，當(dāng)層間位移角超過一定限值時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)明顯的損傷，如梁、柱的開裂、屈服等。能量指標(biāo)從能量的角度來衡量結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷程度，常用的能量指標(biāo)有輸入能量和耗能。輸入能量是指地震波輸入到結(jié)構(gòu)中的總能量，它反映了地震作用的強(qiáng)度。耗能則是指結(jié)構(gòu)在地震作用下通過構(gòu)件的塑性變形、摩擦等方式消耗的能量，它反映了結(jié)構(gòu)的耗能能力。在屈曲約束支撐框架中，輸入能量主要由屈曲約束支撐和框架結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)。屈曲約束支撐通過自身的屈服變形來耗散能量，框架結(jié)構(gòu)則通過梁、柱的塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)等方式耗散能量。當(dāng)結(jié)構(gòu)的耗能能力不足時(shí)，輸入能量會(huì)在結(jié)構(gòu)中積累，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損傷加劇。損傷指數(shù)是一種綜合考慮結(jié)構(gòu)變形和耗能等因素的損傷指標(biāo)，它能夠更全面地反映結(jié)構(gòu)的損傷程度。常用的損傷指數(shù)有Park-Ang損傷指數(shù)，其計(jì)算公式為：D=\frac{\delta}{\delta_u}+\beta\frac{\intdE}{F_y\delta_u}其中，D為損傷指數(shù)，\delta為當(dāng)前位移，\delta_u為極限位移，\beta為耗能系數(shù)，\intdE為滯回耗能，F(xiàn)_y為屈服力。損傷指數(shù)的值越大，表明結(jié)構(gòu)的損傷程度越嚴(yán)重。當(dāng)損傷指數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生破壞。不同的損傷性能指標(biāo)具有不同的特點(diǎn)和適用范圍，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的指標(biāo)來評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷集中效應(yīng)。2.4損傷集中效應(yīng)對(duì)比分析2.4.1支撐屈曲的模擬在屈曲約束支撐框架中，支撐屈曲是導(dǎo)致?lián)p傷集中的重要因素之一。為了深入研究支撐屈曲對(duì)結(jié)構(gòu)損傷分布的影響，采用數(shù)值模擬方法對(duì)支撐屈曲過程進(jìn)行了細(xì)致的模擬。在模擬過程中，利用有限元軟件ABAQUS建立了屈曲約束支撐框架的精細(xì)化模型。對(duì)于支撐部分，選用合適的單元類型來準(zhǔn)確模擬其力學(xué)行為?？紤]到支撐在受壓時(shí)的屈曲特性，采用了能夠考慮幾何非線性和材料非線性的梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，同樣根據(jù)其受力特點(diǎn)，選用相應(yīng)的梁?jiǎn)卧蜌卧獊砟M梁、柱和樓板等構(gòu)件。在材料模型方面，支撐和框架構(gòu)件均采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型，以考慮材料在屈服后的強(qiáng)化特性。在模擬支撐屈曲時(shí)，通過逐步施加水平地震荷載，觀察支撐的變形和應(yīng)力分布情況。當(dāng)支撐所受壓力達(dá)到一定程度時(shí)，支撐開始發(fā)生屈曲。從模擬結(jié)果可以清晰地看到，支撐屈曲首先出現(xiàn)在支撐的中部或薄弱部位，隨著荷載的繼續(xù)增加，屈曲區(qū)域逐漸擴(kuò)大。在支撐屈曲過程中，支撐的剛度急劇下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生顯著變化。原本由支撐承擔(dān)的地震力會(huì)重新分配到框架結(jié)構(gòu)上，使得框架結(jié)構(gòu)的某些部位承受的內(nèi)力大幅增加，從而引發(fā)這些部位的損傷。以某一具體的屈曲約束支撐框架模型為例，在罕遇地震作用下，當(dāng)支撐發(fā)生屈曲后，框架結(jié)構(gòu)中與支撐相連的梁端和柱端出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。這些部位的應(yīng)力迅速超過材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致塑性鉸的形成。隨著地震作用的持續(xù)，塑性鉸不斷發(fā)展，梁、柱構(gòu)件的損傷逐漸加重。通過對(duì)模擬結(jié)果的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，支撐屈曲后的結(jié)構(gòu)損傷主要集中在與支撐相連的框架構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)的薄弱層。這些部位的損傷程度明顯高于其他部位，成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。支撐屈曲對(duì)結(jié)構(gòu)損傷分布有著顯著的影響，它會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損傷集中在特定部位，從而降低結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析中，必須充分考慮支撐屈曲的影響，采取有效的措施來控制支撐屈曲，減少損傷集中效應(yīng)。2.4.2不同類型框架對(duì)比為了探究結(jié)構(gòu)形式對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響，選取了屈曲約束支撐框架（BRBF）、普通中心支撐框架（CBF）和純框架結(jié)構(gòu)（MF）這三種典型的框架結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行對(duì)比分析。針對(duì)這三種框架結(jié)構(gòu)，分別建立了數(shù)值模型。在建模過程中，確保各模型的幾何尺寸、材料參數(shù)以及邊界條件等基本一致，以便于進(jìn)行對(duì)比。結(jié)構(gòu)的平面尺寸均為20m×15m，共5層，層高為3.5m?？蚣苤捎肏型鋼，截面尺寸為H400×200×8×13；框架梁采用H型鋼，截面尺寸為H300×150×6×9。屈曲約束支撐采用方形鋼管約束支撐，核心芯材為Q345鋼材，截面尺寸為□100×6；普通中心支撐采用圓鋼管，外徑為140mm，壁厚為6mm。對(duì)三種框架結(jié)構(gòu)模型施加相同的地震波進(jìn)行時(shí)程分析，選用的地震波為符合場(chǎng)地特征的ElCentro波，峰值加速度為400gal。通過分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，包括位移、內(nèi)力和損傷分布等，來評(píng)估不同結(jié)構(gòu)形式的損傷集中效應(yīng)。從位移響應(yīng)來看，純框架結(jié)構(gòu)的層間位移角明顯大于屈曲約束支撐框架和普通中心支撐框架。在地震作用下，純框架結(jié)構(gòu)的頂部層間位移角達(dá)到了1/50，而屈曲約束支撐框架和普通中心支撐框架的頂部層間位移角分別為1/100和1/120。這表明屈曲約束支撐框架和普通中心支撐框架的抗側(cè)剛度明顯優(yōu)于純框架結(jié)構(gòu)，能夠有效地減小結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)。在損傷分布方面，純框架結(jié)構(gòu)的損傷較為分散，梁、柱構(gòu)件均出現(xiàn)了不同程度的損傷。在結(jié)構(gòu)的底層和頂層，梁端和柱端的損傷較為嚴(yán)重，出現(xiàn)了較多的塑性鉸。普通中心支撐框架的損傷主要集中在支撐構(gòu)件上，由于普通支撐在受壓時(shí)容易屈曲，導(dǎo)致支撐的損傷較為嚴(yán)重。在地震作用下，部分支撐發(fā)生了屈曲破壞，失去了承載能力。而屈曲約束支撐框架的損傷主要集中在屈曲約束支撐上，支撐通過自身的屈服耗能，有效地保護(hù)了框架結(jié)構(gòu)。雖然框架結(jié)構(gòu)中的梁、柱構(gòu)件也有一定程度的損傷，但損傷程度相對(duì)較輕。通過對(duì)比不同類型框架的損傷集中效應(yīng)可以發(fā)現(xiàn)，屈曲約束支撐框架能夠有效地減小結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，將損傷集中在支撐構(gòu)件上，從而保護(hù)框架結(jié)構(gòu)的主體構(gòu)件。相比之下，普通中心支撐框架雖然也能提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，但由于支撐容易屈曲，導(dǎo)致?lián)p傷集中在支撐上，且支撐屈曲后對(duì)結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用減弱。純框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，損傷分布較為分散，結(jié)構(gòu)的整體抗震性能相對(duì)較差。因此，在抗震設(shè)計(jì)中，屈曲約束支撐框架具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠更好地控制損傷集中效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。2.4.3剛鉸接框架對(duì)比為了深入探討連接方式對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響，對(duì)剛接和鉸接的屈曲約束支撐框架進(jìn)行了對(duì)比分析。剛接框架中，梁與柱、支撐與框架之間通過剛性連接，能夠有效地傳遞彎矩和剪力；而鉸接框架中，連接節(jié)點(diǎn)僅能傳遞剪力，不能傳遞彎矩。建立了剛接和鉸接的屈曲約束支撐框架數(shù)值模型，模型的基本參數(shù)與上述不同類型框架對(duì)比分析中的模型一致。在模型中，剛接節(jié)點(diǎn)采用完全剛接的模擬方式，確保節(jié)點(diǎn)在受力過程中不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；鉸接節(jié)點(diǎn)則采用理想鉸接的模擬方式，節(jié)點(diǎn)在受力時(shí)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)剛接和鉸接框架模型施加相同的地震波進(jìn)行時(shí)程分析，選用的地震波同樣為ElCentro波，峰值加速度為400gal。分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力、位移和損傷分布情況。從內(nèi)力分布來看，剛接框架中，梁、柱構(gòu)件承受的彎矩較大，尤其是在節(jié)點(diǎn)處，彎矩集中現(xiàn)象較為明顯。由于剛接節(jié)點(diǎn)能夠有效地傳遞彎矩，使得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布相對(duì)較為均勻。而鉸接框架中，梁、柱構(gòu)件主要承受剪力，彎矩較小。由于鉸接節(jié)點(diǎn)不能傳遞彎矩，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布相對(duì)較為集中在支撐和與支撐相連的構(gòu)件上。在位移響應(yīng)方面，剛接框架的整體剛度較大，層間位移角相對(duì)較小。在地震作用下，剛接框架的最大層間位移角為1/120，而鉸接框架的最大層間位移角為1/100。這表明剛接框架能夠更好地抵抗地震作用，減小結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)。從損傷分布來看，剛接框架的損傷主要集中在梁端和柱端，這些部位由于承受較大的彎矩，容易出現(xiàn)塑性鉸。在罕遇地震作用下，剛接框架的梁端和柱端出現(xiàn)了較多的塑性鉸，部分構(gòu)件達(dá)到了屈服狀態(tài)。而鉸接框架的損傷主要集中在支撐和與支撐相連的梁、柱構(gòu)件上。由于鉸接框架的內(nèi)力分布集中在支撐和相關(guān)構(gòu)件上，這些部位在地震作用下承受較大的剪力和軸力，容易發(fā)生損傷。在地震作用下，鉸接框架的部分支撐出現(xiàn)了屈服和屈曲現(xiàn)象，與支撐相連的梁、柱構(gòu)件也出現(xiàn)了不同程度的損傷。通過對(duì)比剛接和鉸接框架的損傷集中效應(yīng)可以發(fā)現(xiàn)，連接方式對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷分布有著顯著的影響。剛接框架的損傷相對(duì)較為分散，梁、柱構(gòu)件均有一定程度的損傷，但由于結(jié)構(gòu)的整體剛度較大，能夠有效地抵抗地震作用，減小結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)。鉸接框架的損傷主要集中在支撐和與支撐相連的構(gòu)件上，結(jié)構(gòu)的整體剛度相對(duì)較小，位移響應(yīng)較大。因此，在設(shè)計(jì)屈曲約束支撐框架時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體要求和受力特點(diǎn)，合理選擇連接方式，以有效地控制損傷集中效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。2.5損傷集中效應(yīng)的影響因素2.5.1雙重體系基準(zhǔn)模型為了深入研究屈曲約束支撐框架損傷集中效應(yīng)的影響因素，建立了雙重體系基準(zhǔn)模型。該模型由框架結(jié)構(gòu)和屈曲約束支撐組成，框架結(jié)構(gòu)采用常見的鋼框架形式，梁柱構(gòu)件均采用Q345鋼材。框架平面布置為規(guī)則的矩形，共5層，每層的層高均為3.6m，柱網(wǎng)尺寸為8m×8m?？蚣苤孛娉叽鐬镠500×300×10×16，框架梁截面尺寸為H400×200×8×12。屈曲約束支撐均勻布置在框架結(jié)構(gòu)的各層，形成有效的抗側(cè)力體系。屈曲約束支撐的核心單元采用Q235鋼材，截面形式為十字形，截面尺寸為□150×10；約束單元采用圓形鋼管，外徑為273mm，壁厚為10mm，內(nèi)填C40混凝土。通過合理設(shè)計(jì)支撐的布置和參數(shù)，使框架-支撐雙重體系在地震作用下能夠協(xié)同工作，共同抵抗地震力。在建立模型時(shí)，考慮了材料的非線性和幾何非線性。材料非線性采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型來描述鋼材的力學(xué)性能，該模型能夠考慮鋼材在屈服后的強(qiáng)化特性，更真實(shí)地反映鋼材在地震作用下的力學(xué)行為。幾何非線性則通過考慮結(jié)構(gòu)的大變形效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，在有限元分析中，采用了大變形算法，以準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的幾何形狀變化。邊界條件的設(shè)置對(duì)模型的分析結(jié)果有著重要的影響。在模型底部，將柱底設(shè)置為固定約束，限制柱底的水平位移、豎向位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，以模擬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與地基的連接情況。在模型的其他部位，根據(jù)實(shí)際情況，合理設(shè)置節(jié)點(diǎn)的約束條件，確保模型能夠準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。通過建立這樣的雙重體系基準(zhǔn)模型，可以為后續(xù)研究損傷集中效應(yīng)的影響因素提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分析平臺(tái)，便于對(duì)比不同參數(shù)變化時(shí)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和損傷集中情況。2.5.2參數(shù)化模型為了系統(tǒng)地分析不同參數(shù)對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響規(guī)律，構(gòu)建了參數(shù)化模型。在參數(shù)化模型中，選取了多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行變化，包括BRB-框架剛度比、支撐屈服后剛度比、梁柱抗彎強(qiáng)度比和層間BRB面積比等。BRB-框架剛度比是指屈曲約束支撐的等效剛度與框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度之比。通過改變支撐的截面尺寸、數(shù)量或布置方式，可以調(diào)整BRB-框架剛度比。支撐屈服后剛度比是指支撐屈服后的剛度與屈服前的剛度之比，它反映了支撐在屈服后的力學(xué)性能變化。通過改變支撐的材料特性或構(gòu)造形式，可以調(diào)整支撐屈服后剛度比。梁柱抗彎強(qiáng)度比是指梁的抗彎強(qiáng)度與柱的抗彎強(qiáng)度之比，它影響著結(jié)構(gòu)在地震作用下的塑性鉸分布和破壞模式。通過改變梁、柱的截面尺寸或材料強(qiáng)度等級(jí)，可以調(diào)整梁柱抗彎強(qiáng)度比。層間BRB面積比是指某一層中屈曲約束支撐的截面面積之和與該層框架柱截面面積之和的比值，它反映了支撐在各層的相對(duì)布置情況。通過改變支撐的截面尺寸或在各層的布置數(shù)量，可以調(diào)整層間BRB面積比。針對(duì)每個(gè)參數(shù)，設(shè)定了多個(gè)不同的取值水平。對(duì)于BRB-框架剛度比，分別取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5這五個(gè)水平；對(duì)于支撐屈服后剛度比，分別取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5這五個(gè)水平；對(duì)于梁柱抗彎強(qiáng)度比，分別取0.8、1.0、1.2、1.4、1.6這五個(gè)水平；對(duì)于層間BRB面積比，分別取0.05、0.1、0.15、0.2、0.25這五個(gè)水平。通過對(duì)不同參數(shù)取值組合的模型進(jìn)行分析，研究各參數(shù)對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響規(guī)律。以層間位移角、支撐軸力、構(gòu)件損傷指數(shù)等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析不同參數(shù)變化時(shí)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。例如，在研究BRB-框架剛度比對(duì)損傷集中效應(yīng)的影響時(shí)，保持其他參數(shù)不變，分別對(duì)BRB-框架剛度比取不同值的模型進(jìn)行地震作用下的時(shí)程分析，對(duì)比各模型的層間位移角分布情況。若BRB-框架剛度比過小，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度主要由框架承擔(dān)，框架構(gòu)件的受