防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能试验研究

1、.防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能试验研究顾炉忠，高向宇，徐建伟，胡楚衡，武 娜( 北京工业大学 建筑工程学院，北京 100124)摘要:设计制作了三榀侧移刚度相同但防屈曲支撑及框架截面形式不同的混凝土框架，分别为普通梁单斜撑、宽扁梁单斜撑、普通梁人字撑，对其进行拟静力试验，研究了防屈曲支撑混凝土框架的抗震性能，包括混凝土结构的开裂及其发展状 况、荷载-侧移滞回曲线、刚度退化、骨架曲线、防屈曲支撑水平荷载-轴向变形曲线等。研究结果表明: 设计的防屈曲支撑及 混凝土框架具有优异的协同工作性能，水平荷载-侧移滞回曲线饱满，防屈曲支撑可在较小层间位移角时进入屈服消能状 态，在大位移下不失效，耗能稳定

2、，能显著增加结构阻尼，有效降低地震反应，改善结构性态。所设计的框架节点、预埋件及 连接构造受力可靠。关键词:混凝土框架; 防屈曲支撑; 拟静力试验; 消能减震中图分类号:TU375. 4文献标志码:ATU317. 1Experimental research on seismic performance ofBRB concrete framesGU Luzhong，GAO Xiangyu，XU Jianwei，HU Chuheng，WU Na( College of Architecture and Civil Engineering，Beijing University of Techno

3、logy，Beijing 100124，China)Abstract: Three buckling-restrained brace concrete frames ( BRBCF ) with different BRB or beam sections，whichwere normal reinforced concrete beam with monoclinic BRB，flat beam with monoclinic BRB，normal reinforced concrete beam with invert-V BRB， were designed，manufactured

4、and tested by quasi-static test The seismic performance，including cracks on concrete elements， lateral load-displacement loops， skeleton curves， tangent stiffness and its degradation，and BRB load-deformation curves，were studied Test results show that the BRB and concrete frame can effectively work t

5、ogether to resist lateral force The system has plump and stable hysteric load- displacement curves The BRB can start to dissipate energy by yielding at relatively small story drift ratio，and avoid failure at large lateral drift ratio It is validated that the equivalent viscous damping can thus be in

6、creased and theseismic response be reduced，resulting in an improved structuralembedded parts and the connectors function well and reliably Keywords: concrete frame; buckling-restrained brace ( BRB ) ; dissipationperformance The designed concrete joints，thequasi-static test; seismic reduction and ene

7、rgy基金项目: 国家自然科学基金项目( 50678013) 。作者简介: 顾炉忠( 1984 ) ，男，湖北咸宁人，硕士研究生。E-mail: guluzhong emails. bjut. edu. cn通讯作者: 高向宇( 1959 ) ，男，北京人，工学博士，教授。E-mail: gaoxy bjut. edu. cn收稿日期: 2010 年 5 月：板对梁的影响。结构的设防要求是: 小震作用下主体结构和防 屈曲支撑保持弹性; 中震作用下主体结构构件不屈 服、防屈曲支撑屈服耗能; 大震作用下梁、柱可出现 受弯塑性铰，但不发生剪切破坏，结构不倒塌，防屈 曲支撑不失效，连接件和预埋件工作可

8、靠，结构承载 能力下降不超过 10% 。0引言钢筋混凝土框架结构在历次强震中表现并不如意。一个重要原因是底部柱承受了最大竖向压力和 最大地震剪力，这种双重作用仅靠结构体系本身难 以承受。开裂的混凝土构件虽可耗能，但总体上耗 能少且不稳定。使用防屈曲支撑技术进行改进，既 可从受力体系上缓解对底部柱的双重作用，又能藉 防屈曲支撑滞回屈服耗能增加阻尼比，明显降低结 构地震反应峰值。在已有的研究成果和工程实践 中，防屈曲支撑在钢框架中应用较多1-6，在混凝土 结构中主要用于加固7，在新建混凝土结构中尚未 见使用防屈曲支撑并进行结构试验研究的文献报 道。因此，开展新建混凝土结构防屈曲支撑应用的 试验研究

9、，对提高混凝土框架结构的抗震性能和可 靠性具有重要意义。为了检验防屈曲支撑屈服初始位移、连接件及 预埋件设计、主体结构设计等是否符合减震设计要 求，检验防屈曲支撑与混凝土框架结构协同工作可 靠性，获得结构抗震性能实测数据等，本文设计制作 了三榀防屈曲支撑混凝土框架，分别为普通梁单斜 撑框架( BRBCF1) 、宽扁梁单斜撑框架( BRBCF2 ) 、普 通梁人字撑框架( BRBCF3) ，进行了拟静力试验。研 究了结构开裂及裂缝分布及发展规律、水平荷载-侧 移滞回曲线、水平荷载-支撑轴向变形滞回曲线，分析 了骨架线、刚度退化等抗震性能指标，比较了三种结 构之间抗震性能的差异，也通过试验验证了节

10、点、预 埋件及连接设计的可靠性。框架主体及防屈曲支撑设计1. 1. 1主体结构及防屈曲支撑参数见表 1。三榀框架的跨高尺寸、梁柱配筋、支撑总层间刚度完全相同， 混凝土楼板板厚均为 65mm，宽度 1100mm，不同之处 是支撑形式、梁截面尺寸以及连接防屈曲支撑的预 埋件构造。其中，BRBCF2 的梁截面尺寸按抗弯刚度 等效的原则进行设计。柱内钢筋按建筑抗震( 减震) 计算及规范规定要 求9设计。几何尺寸及配筋情况见图 1。梁、柱纵筋 选用 HRB335，箍 筋 选 用 HPB235，板 内 钢 筋 选 用 HPB235。混凝土强度等级均为 C30。为防止梁柱节 点外围因加载出现局部压碎，在伸出

11、柱外的梁端部 和柱顶部设置了预埋钢板。按结构减震设计要求，防屈曲支撑钢芯的屈服 起始层间位移角设为 1 /800。 支撑的形状、放置倾 角、工作段截面尺寸、水平侧移刚度等参数见表 1，内 部构造参数见表 2 及图 2。钢芯、约束钢管、连接件 及预埋件均采用 Q235 钢，钢管内填 C30 混凝土。为 研究防屈曲支撑及框架协同工作性能，表 2 中防屈 曲支撑的连接段截面积、套管尺寸取值略高，螺栓数 量、直径及连接件等按 2. 6 倍钢芯截面确定，详见表 3。1. 1. 2 连接件及预埋件设计考虑到支撑压拉强度比、钢芯材料抗拉强度与 屈服强度之比、反复荷载下塑性应变强化等因素对 钢芯承载能力的影响

12、，连接件、预埋件的设计与支撑 连接段成等强度关系。连接件具体各参数见表 3。拼接板采用 Q345 钢 材，板厚同钢芯取 12mm。预埋件 中 锚 筋 采 用 HRB335 钢 筋，锚 板 采 用 Q235 钢板，厚度 16mm，宽度 125mm，锚筋设置端头 锚板，以弥补锚筋锚固长度的不足。梁、柱预埋件按试验概况1试件设计选取某 8 层钢筋混凝土框架结构办公楼首层的 一个横向单元为试验原型8。模型制作及试验在北 京工业大学工程结构实验中心进行。根据实验室条 件，确定模型缩尺比例为 1 2。为比较不同支撑方式 和梁柱构造，设计了三榀防屈曲支撑混凝土框架，分 别为 BRBCF1、BRBCF2 和

13、BRBCF3。模型考虑了楼1. 110混凝 土规范 规定的拉剪和压剪预埋件设计。表4表 1 主体结构及防屈曲支撑参数Table 1 Design parameters of concrete frames and BRBs主体结构防屈曲支撑结构试件编号梁截面bb × hb / mm柱截面bc × hc / mm层高 / 跨度 /框架抗侧刚度 / N·mm 1支撑编号倾角 /( ° )工作段截面积 / mm2水平侧移刚度 / N·mm 1屈服轴力预测值 / kN形式mm4. 14 × 1044. 14 × 1044. 14 &

14、#215; 104单斜撑单斜撑 人字撑2. 36 × 1052. 36 × 1052. 36 × 105BRBCF1BRBCF2BRBCF31. 81. 81. 83. 23. 23. 2150 × 300550 × 200150 × 300325 × 325325 × 325325 × 325BRB-1BRB-2BRB-329. 429. 448. 4184818481200554. 4554. 4360. 0102( a)BRBCF1( 普通梁单斜撑)( b)BRBCF2( 宽扁梁单斜撑)( c)BR

15、BCF3( 普通梁人字撑)图 1 模型尺寸及构造详图Fig 1 Dimensions and details of test models表 2 防屈曲支撑构造参数Table 2 Dimension parameters of BRBs内部构造组成外包方钢套管支撑总长度lb / mm工作段长度lw / mm过渡段长度lf / mm长度ltb / mm支撑编号连接段截面尺寸 /mm长度 lc / mm截面积 / mm2BRB-1BRB-2BRB-324962496163645045044242042021016261626984513651363504250 × 250 ×

16、3250 × 250 × 3190 × 190 × 31460146075240mm，锚板长 270mm。试件 BRBCF3 基 础 梁 锚 筋 为 6为试验模型所采用的预埋件构造参数。试件 BRBCF1 和 BRBCF2 梁上锚筋选 1225，25，As =设 6 排，间距 120mm，端距为 50mm，锚板长 680mm。2945mm2 ，设 3 排，间距 100mm，锚板长 280mm。柱上柱上 锚 筋 选 用 825，设 4 排，间 距 70mm，端 距锚筋为 825，设 4 排，间距 100mm，锚板长 380mm。1036。钢芯材料强屈比平均

17、值 fu / fy= 1. 52。混凝土材性试验预留试块为 100mm × 100mm ×100mm 立方体，同条件养护 28d，分别取 9 个试块进 行测试，并按规范方法转换为标准试块轴心抗压强 度。第 一 批 ( 基 础 及 防 屈 曲 支 撑 ) 平 均 值 为35. 86MPa，第二批( 梁、柱) 平均值为 32. 13MPa。图 2 防屈曲支撑钢芯构造参数示意图Fig 2 Dimension parameters of BRBs加载方案图 4 为试验加载装置与测点布置。采用移动支 座液压千斤顶对柱顶施加竖向荷载 470kN( 相当于首 层柱轴压比为 0. 33)

18、，模拟上部楼层施加给柱的竖向 荷载，手动控制保持恒载。楼板上呈梯形布置 2. 0t 砝码，模拟本层梁及楼面荷载。水平加载采用 200t 双向液压千斤顶，手动控制加载，加载方案见图 5a。 预加载试验按位移控制，加载至框架层间位移角达 到 1 /1000 并保持，检查仪器仪表工作是否正常、水平 推力与侧移是否与设计相符、框架平面外变形状况 等。仔细检查混凝土开裂情况，卸水平荷载至零，紧 固所有螺栓。正式加载按位移控制，同时观察框架 位移及支撑屈服变形，循环加载至每级峰值时保持 荷载以 便 观 测 裂 缝 开 展 情 况。 加 载 方 法 符 合 JGJ10696建筑抗震试验方法规程11 等现行技

19、术标 准中关于加载方法的要求。位移加载控制以框架顶点侧移和钢芯变形双参 量为依据。框架水平侧移 与钢芯变形 d 的关系按 设计参数在试验前计算确定，其中 BRBCF1 的预测值 d 见图 5b。首先进行 BRBCF2 试验时，位移计 D3、D4 表架固定在实验室反力地板上，发现框架底座沿地 表滑动，改为以钢芯变形进行加载控制。在其后的1. 3表 3 连接件构造参数 Table 3 Design parameters of connectors 连接件承载力 螺栓直径 /螺栓数量拼接板尺寸 /mm支撑编号设计值 / kNmmBRB-1，BRB-210091610418 × 60 

20、15; 12 BRB-3 655 16 8 342 × 56 × 12 梁中锚筋选 20820mm。25，设 10 排，间距 80mm，锚板长1. 1. 3 构件制作及安装防屈曲支撑、连接件及预埋件均在钢结构加工 厂制作完成。钢芯中部设限位卡，用铣床加工成型。 支撑连接段采用 E43 焊条手工剖口焊。钢筋采用人 工绑 扎。 碎 石 混 凝 土 最 大 粒 径 16mm，塌 落 度180mm。图 3 为结构施工现场情形。防屈曲支撑和节点板采用摩擦型高强螺栓连 接，对连接板承压面进行了打磨麻面处理。螺栓按 规范11要求安装，安装时控制终拧扭矩值以保证承 压面之间预压应力。1.

21、2 材性试验钢芯和钢筋力学性能试验结果分别见表 5 和表表 4 预埋件参数Table 4 Design parameters of embedded parts梁上预埋板长leb / mm柱上预埋板长lec / mm梁上分力Tb / kN柱上分力Tc / kN梁上锚筋计算面积 / mm2柱上锚筋计算面积 / mm2预埋件承载力设计值 / kN支撑编号BRB-1，BRB-2BRB-310096556802802703805922964133576215286836963697( a) 框架底座浇筑( b) 防屈曲支撑浇筑图 3 混凝土框架施工现场图Fig 3 Construction of co

22、ncrete frames( c) 制作完成104表 5 钢芯力学性能参数Table 5 Mechanical properties of steel cores屈服强度 /MPa抗拉强度 /MPa伸长率 /%弹性模量 /MPa试件编号1. 94 × 1052. 04 × 1052. 07 × 1052. 02 × 105123均值30330229329946446244245630. 128. 524. 227. 6表 6钢筋力学性能参数( a)框架顶部侧移 D3、D4 加载控制方案Table 6Mechanical properties of rei

23、nforcement bars直径 /mm屈服强度 /MPa抗拉强度 /MPa伸长率 /%钢筋类型HPB235HRB335HRB335HRB335812162028536335637645054053955631. 923. 628. 925. 2( b)防屈曲支撑轴向变形 D1 加载控制方案( BRBCF1)注: H 为层高; Dc 为防屈曲支撑工作段屈服时量测段的变形控制值，含有钢芯工作段和部分非工作段变形图 5 水平方向位移加载及钢芯变形控制方案 Fig 5 Scheme of horizontal loading and steel core deformation controlD1

24、2) 等。除此之外，还在钢芯、少量锚筋及钢筋处粘贴应变片进行应变观测，测点布置见图 4b。在对 BRBCF2 进行试验时，钢芯轴向变形的量测 采用了拉线式位移计，如图 6 所示。试验中发现这种 钢制拉线存在一定“重力下垂”，影响位移传递的敏 感度，在后面的 BRBCF1 和 BRBCF3 试验时采用直杆 传递接触式位移量测方法，如图 7 所示。( a) 加载现场照片( b)测点布置示意图图 4 试验加载装置与测点布置Fig 4 Test set-up and measuring points layout框架 BRBCF1 和 BRBCF3 试验中，将侧移表架固定在框架基座上( 图 4b) ，

25、解决了底座与地板间滑移而不 易进行位移控制加载的问题。实际加载时 BRBCF1 和 BRBCF2 为先推后拉，BRBCF3 为先拉后推。图 6 宽扁梁钢芯变形量测 ( 拉线式位移计)Fig 6 Deformation measurement of steel core试验现象21. 4测点布置位移测量采用接触式位移计和拉线式位移计，BRBCF1(普通梁单斜撑框架)( 1) 分两级施加竖向荷载至 470kN，框架竖向位 移表现出线性特征。1052. 1后者主要用于大距离位移量测。主要记录框架顶点平面内侧移( D3 和 D4) 、钢芯变形( D1) 、框架及支撑 平面外侧移 ( D5、D6、D8

26、) 、预 埋 件 锚 板 错 动 ( D11、力达到 1150kN，支 撑 轴 向 压 缩 35. 05mm ( 已 超 过40Dc ) ，梁右端埋件外 ( 图 8c ) 混凝土脱落，钢筋裸 露，加载停止。此级荷载下结构承载力比上级仍略 有提高，支撑未失效。图 9 为试验完成后绘制的 BRBCF1 正立面混凝 土表面开裂和破损情况。( a) 钢芯下节点位移计固定点( a) 加载至侧移角 = 1 /95( b) 钢芯上节点位移计固定图 7 改进后钢芯位移量测Fig 7 Improved measurement of steel core deformation( 2) 按框架侧移控制水平加载至

27、1. 65mm( 层间位移角 约为 1 /1000) ，梁左端底部开始出现裂缝。( b)钢芯拉伸情况( 3 )加 载 至 框 架 侧 移 达 到 2. 04mm ( 约 为1 /880) ，梁左端裂缝增多且宽度有增大趋势，梁右端锚板边缘处混凝土( 图 8 圈注处) 及 R 柱上部和柱脚( 此处为底座梁与柱的施工缝) 均出现细微裂缝。( 4) 加载至支撑轴向变形达到 3Dc ，裂缝变化不 大。至 5Dc ，侧移达到 5. 05mm ( 约 1 /350 ) 。当推 力达到 640kN，梁右端锚板边缘出现微裂缝，此后裂 缝并未明显扩展。加载至 10Dc ( 约 1 /190) ，柱脚根 部和梁右端

28、锚板边缘裂缝宽度继续加大，梁左端下 部裂缝延伸至板底。( 5) 加载至支撑轴向变形 15Dc ，侧 移 13. 94mm ( 约 1 /130) ，梁左端出现斜裂缝，由板底向下延伸 至梁中部，R 柱中部出现微小斜裂缝，柱底端缝宽达1. 5mm。梁右端裂缝宽增至 2. 5mm，埋件外混凝土开 始掉皮。( 6 ) 加 载 至 支 撑 轴 向 变 形 20Dc ，框 架 侧 移18. 96mm ( 约 1 /95 ) ，L 柱中部出现斜裂缝，板底现 弯曲裂缝。梁右端埋件外侧裂缝基本贯通至底部，此级荷载下侧移状况见图 8a，钢芯拉伸情况见图 8b。( 7) 加载至侧移超过 30mm ( 为 1 /60

29、 ) ，梁左端 底部混凝土被压酥，开始掉皮。梁右端预埋件外混 凝土脱落严重，套管端部混凝土少部脱落。( 8) 加载至水平侧移达到 39mm ( 为 1 /47 ) ，推106( c)梁右端塑性铰混凝土压碎图 8 BRBCF1 塑性铰外移情况Outward shift of plastic hinge of embedded-parts of BRBCF1Fig 8图 9 BRBCF1 正立面裂缝图Cracks distribution on south elevation of BRBCF1Fig 92. 2 BRBCF2(宽扁梁单斜撑框架)( 1) 水平加载至 450kN 未发现裂缝。继续加

30、载，支撑连接处间断出现砰砰声，表明螺栓未完全旋紧。( 2) 加载至框架侧移达到 2. 04mm ( 为 1 /880) ，推力达到 505kN。R 柱底端施工缝处开始出现裂缝， 梁左端底部出现 2 条底部贯通裂缝，右端埋件外侧 底部出现裂缝。( 3) 加载至侧移 4. 25mm ( 为 1 /420) ，梁右端埋 件外侧底部出现裂缝。反向加载时拉力达到 687kN， 梁左端底部裂缝扩大并延伸至梁中部。加载至支撑 轴向变形 5Dc ，侧移 8. 33mm ( 为 1 /220 ) ，L 柱下部 外侧埋件锚板边缘出现裂缝，R 柱底端施工缝处裂缝 开始贯通。( 4) 加载至支撑轴向变形 10Dc ，

31、侧移 13. 12mm ( 为 1 /140 ) ，梁右端底部裂缝扩展至板底，梁柱节 点出现斜向微裂缝但未扩展，埋件表现良好。L 柱下 部外侧埋件锚板边缘裂缝扩大，此时梁左端开裂，见 图 10a。( 5) 加载至支撑轴向变形 15Dc ，侧移 17. 41mm ( 约 1 /100) ，R 柱距下部 1 /3 层高处出现较长斜裂 缝，柱中部开始出现斜裂缝。加载至支撑轴向变形20Dc ，侧移 22. 34mm ( 约 1 /80) ，L 柱中部及板底出 现斜裂缝。此时钢芯变形情况见图 10b，梁柱施工缝 处裂缝扩大，最宽处 2mm( 图 10c) 。( 6) 加 载 至 侧 移 36mm ( 为

32、 1 /50 ) ，推 力 达 到1070kN，R 柱 与 地 梁 施 工 缝 交 界处裂缝最宽处达 3mm。反向拉力达到 1114kN，L 柱外侧底部埋件锚 板边缘处混凝土裂缝宽度达 2. 5mm，R 柱中部斜向 裂缝基本贯通，宽度达 1. 2mm。加载停止。图 11 为试验完成后绘制的 BRBCF2 正立面混凝 土表面开裂和破损情况。2. 3 BRBCF3(普通梁人字撑框架)( 1 ) 试验先拉后推 加 载。 框 架 侧 移 达 到2. 04mm ( 为 1 /880) 时无明显裂缝。( 2) 加载至框架侧移 3. 27mm ( 为 1 /550) ，梁左 端底部出现裂缝，延伸至梁截面中部

33、。梁右端梁板 交界处出现斜裂缝。R 柱底端内侧锚板边缘及下部 外侧 1 /3 高度处出现短小裂缝。( 3) 加载至支撑轴向变形 5Dc ，侧移达到 6. 92mm ( 约 1 /260) ，梁两端均出现裂缝，向上延伸至梁中 部。梁两端开裂情况、荷载及侧移对称性均较好。( a)梁左端开裂( 层间位移角 = 1 /140)( b) 钢芯拉伸情况( c) R 柱底开裂( 施工缝处)BRBCF2 梁端及柱根部施工缝处开裂，钢芯拉伸情况Cracks at beam end and bottom construction图 10Fig 10joint，BRB core deformation of BRB

34、CF2( 4 )加 载 至 支 撑 轴 向 变 形 10Dc ， 侧 移 达12. 71mm ( 约 1 /140) ，R 柱内侧中下部出现贯通正截面裂缝，梁柱节点处开始出现微小斜裂缝，延伸至 中部。锚板与框架工作良好。( 5 ) 加 载 至 支 撑 轴 向 变 形 15Dc ， 侧 移 达19. 34mm ( 约 1 /93 ) ，拉力达 997kN，推力 1029kN。R 柱中部裂缝加宽并呈斜向发展。加载至框架侧移22. 5mm ( 为 1 /80) ，梁左端部混凝土开始脱皮。( 6 ) 加 载 至 支 撑 轴 向 变 形 25Dc ， 侧 移 达图 11 BRBCF2 正立面裂缝图Fig

35、 11 Cracks distribution on south elevation of BRBCF231. 85mm ( 约 1 /60 ) ，梁左端混凝土被压酥并开始脱落，如图 12a 所示。图 12b 为 达到 1 /50 时支撑 钢芯被拉出的变形情况。( 7) 加载至侧移 48mm， 达到 1 /38，拉力达到1071139kN，R 柱中部裂缝扩展严重。反向加载时推力达到 1170kN。加载第 2 次循环时 BRB-4 端部钢套管 被撕开，BRB-3 平面外失稳，荷载下降，加载停止。图12c 为梁左端塑性铰的最终状况。图 13 为试验完成后绘制的 BRBCF3 正立面混凝 土表面开裂

36、和破损情况。之处是: 加载至层间位移角 为 1 /1000 时，试件基本无裂缝，处于弹性状态; 加载至 为 1 /880 时，支撑开 始屈服; 加载至 达到 1 /800 1 /550，梁两端开始出 现弯曲裂缝，柱出现裂缝比梁稍晚; 约 1 /100 时柱 出现斜裂缝，随后虽有所加宽，但直至加载完成并未 发生剪切破坏; 支撑轴向位移为 15Dc 20Dc ( 约1 /80 1 /100) 时梁端混凝土开始脱皮，梁端截面明显进入塑性铰工作阶段; 此阶段及随后试验中，支撑 均处于大变形交替拉、压屈服状态，可保持承载力， 直至梁端混凝土压酥脱落，达到塑性铰极限，加载停 止。整个试验过程防屈曲支撑、预

37、埋件、连接件及梁 柱节点工作稳定，表现良好。不同之处是: 普通梁单 斜撑框架( BRBCF1) 梁右端和 R 柱开裂较重，宽扁梁 单斜撑框架( BRBCF2) 梁两端裂缝较少，仅 R 柱开裂 比较严重; 普通梁人字撑框架( BRBCF3 ) 梁两端开裂 情况比较均匀，支撑上部与梁连接的部位混凝土开 裂较轻。( a)梁左端塑性铰( 背面 = 1 /60)3 试验结果及分析3. 1 荷载-侧移滞回曲线图 14 为三榀防屈曲支撑混凝土框架试件的荷 载-侧移滞回曲线。图 14a 为试件 BRBCF1 水平荷载与框架侧移滞 回曲线。在试验中由于加载杆螺栓松脱，中间调整 了两次水平加载拉杆及分配梁的位置，

38、操作过程中 碰到测量支架，后将仪表测杆根据试验记录调整至 脱落前的状态，故位移数据存在一定的人为误差。 试验加载至最大层间位移角达到 1 /47，且试件承载 力未有下降。图 14b 为试件 BRBCF2 水平荷载与框架侧移滞 回曲线。试件 BRBCF2 加载至层间位移角约 1 /50，( b) 钢芯拉伸位移( 上节点， = 1 /50)( c) 梁左端塑性铰( 正面最终破坏)图 12 BRBCF3 梁端塑性铰及钢芯拉伸情况 Fig 12 Plastic hinge near beam ends and BRB core deformation of BRBCF3支撑屈服位移已经达到 32D ，

39、停止加载。根据加载y完毕后该试件的混凝土开裂情况( 图 11 ) 、支撑钢芯 工作情况( 图 10) 以及滞回曲线( 图 14b) 的表现等进行推断，仍可进一步加载。同图 14a 和 14c 相比可以看出，该框架加载至层间位移角接近 1 /50 时，结构整 体承载力仍处在明显上升段。图 14c 为试件 BRBCF3 水平荷载与框架侧移滞 回曲线。试验加载至 为 1 /39。结构承载力未出现 明显降低。综合比较，三榀框架在整个加载过程中滞回曲 线饱满，从加载始至 达到 1 /50 1 /40 ( 从曲线上看 分别为 1 /52、1 /47、1 /39) ，结构承载力始终未明显降 低，同级位移下滞

40、回曲线几乎重合，未出现承载力和 刚度退化现象，三榀框架都表现出良好的滞回性能 和变形能力。图 13 BRBCF3 正立面裂缝图Fig 13 Cracks distribution on south elevation of BRBCF32. 4试验现象小结通过对三榀设有防屈曲支撑的混凝土框架的试验现象的描述，可以看出三个试件破坏过程的相同108图 14各试件 P- 滞回曲线Fig 14 Horizontal force-lateral displacement hysteretic loops of specimens骨架曲线及等效刚度框架的水平荷载与层间侧移的骨架曲线如图 15 所示( 拉力

41、为正，推力为负) 。可以看出: 当防屈曲 支撑屈服后，曲线出现明显的拐点，刚度降低; 防 屈曲支撑屈服以后，承载力仍然有较大幅度的提高。 例如为统一比较，取层间位移角为 1 /50 时的最大平 均荷载与屈服平均荷载的比值分析，试件 BRBCF1、 BRBCF2、BRBCF3 的 比 值 分 别 为 2. 206、1. 936、2. 083; 当 达到 1 /50 ( 人字形支撑达到 1 /40 ) 时，承载力并没有降低。三榀框架骨架曲线形状接近。3. 2图 16 试件等效刚度 KFig 16 Equivalent stiffness of specimens结构抗震性能三榀防屈曲支撑混凝土框架

42、虽然在设计上侧移 刚度完全相同，但因支撑形式、梁截面形式以及埋件 位置等有所不同，结构抗震试验表现亦有所差异，分 析如下:试件 BRBCF1 与 BRBCF2 相比，虽然二者梁的弹 性抗弯刚度相同，但因前者梁截面较高，在结构达到 相同层间位移角时，梁截面边缘的应变大于后者，因 而开裂相对较早、截面进入塑性铰也较早; 梁对柱的 侧移约束作用前者大于后者，因此柱开裂程度以前 者略重; 后者由于梁高较小，梁上裂缝发展缓慢，加 载至层间位移角为 1 /50 时仍未出现较大贯通裂缝。 二者的相近之处是 R 柱比 L 柱开裂和屈服早，这主 要是因为单斜撑连接在 R 柱顶端所致。试件 BRBCF3 与 BR

43、BCF1 相比，试件 BRBCF3 的 防屈曲支撑对称布置，梁上连接点为梁内受力最小 部位，梁开裂及塑性铰出现位置均集中在梁两端部， 试 件 BRBCF1 集 中 在 梁 端 预 埋 件 边 缘。 试 件 BRBCF3 充分发挥混凝土塑性铰作用，使两侧柱均匀 受力。试件 BRBCF3 加载的对称性、滞回曲线的对称 性均好于试件 BRBCF1，混凝土梁、柱构件能充分发 挥各自的抗震性能，使防屈曲支撑可获得更好的耗 能效果。1093. 3图 15 试件骨架曲线Fig 15 Skeleton curves of specimens由于防屈曲支撑的力学性能与本身构造有一定关系12，分别统计正向、反向加

44、载割线刚度。为显示 框架受拉、压荷载下因支撑布置不对称性对刚度统 计值的影响，分别取滞回曲线的上、下半周，依据文 献12的统计方法对割线刚度进行统计，如图 16 所 示( 拉力为正，推力为负) 。由图 16 可以看出，三榀框架刚度退化规律基本 一致，但相同侧移下刚度值存在差别，主要是与摩擦 连接效果以及防屈曲支撑进入屈服早晚有关，与结 构及支撑的对称性也有一定关系。说明防屈曲支撑 在小位移下起到增加刚度的作用，在大位移下等效 刚度减小，耗能增加，有利于减小地震作用。研究表明，三个防屈曲支撑混凝土框架试件的承载力( 试验值约 1200kN，图 15 ) ，可达到同条件下 纯混凝土单榀框架承载力(

45、 以文献13规定的屈服 承载力计算方法，材料强度按试验值计算) 的 3 倍以 上。因此，设置防屈曲支撑可明显提高混凝土框架 的承载力。另外，在规范允许的结构层间位移角限 值范围内( 如罕遇烈度下为 1 /50) ，经历 20 次反复加 载，特别是在 5 6 次循环大变形( 支撑变形在 15Dc 以 上) 加卸载条件下，仍能保持结构承载力并实现稳定 的屈服消能。每级荷载下承载力及刚度退化不明显。 设置防屈曲支撑的混凝土框架结构延性可达到 较高水平，试验如以支撑屈服位移进行计算，结构位 移延性系数 = max / y 17 ; 如以框架梁截面屈服 时所对应的层间位移( 约为 h /200 h /1

46、50 ) 进行计 算，实测结构延性系数可达到 3. 7 4. 5 以上。还应 注意的是，计算纯混凝土框架的延性系数时，是以承载力下降值不超过 15% 所对应的极限位移计算的， 本文试验结果用于计算延性系数的极限位移所对应 的承载力并未下降( 图 15 ) ，表明虽然防屈曲支撑混 凝土框架达到了罕遇烈度层间侧移角限值，但结构 安全性仍处于较高水平。的关系。BRB-2 的滞回曲线略呈不对称( 在小位移时比较明显) ，主要是与采用拉线式位移计采集数据 有关。另外，BRB-3 的左右两个支撑在加载过程中承 受的轴力是相反的，曲线的纵坐标表示的都是外加 荷载( 以推力为正) ，两个支撑的变形( 横坐标值

47、) 方 向相反，以压为正。总体上可以看出，三榀框架内所有支撑的水平 荷载-轴向变形曲线都饱满，耗能稳定，最大变形分别 超过 48Dc 、32Dc 和 37Dc 。累计塑性变形分别达到232mm、326mm、338mm 和 386mm。分别达到屈服位移的 343 倍、488 倍、510 倍和 582 倍。可见支撑具有 良好的耗能性，框架构件、节点及所设置的预埋件、 连接件也能够为支撑发挥充足的消能作用提供安全 可靠的工作条件。从图 17 还可以看出，BRB-1 和 BRB-2 的水平荷 载-轴向变形曲线对称性较好，BRB-3 右的曲线略呈 不对称，分析认为与安装时某连接端部初始偏心较 大有关。从

48、测量支撑平面外稳定的位移计 D7 数据 及最后 BRB-3 右的套管被撕开的破坏情况也能体 现。因此施工时安装误差需进行有效控制。综合来看，防屈曲支撑与混凝土框架自始至终 连接可靠，从支撑屈服开始到结构层间位移角超过1 /50，支撑屈服耗能稳定，可发挥明显的减震效果， 且保证了大震时钢芯不被拉断，表明支撑的设计是 有效的。3. 4荷载-支撑轴向变形曲线图 17 分别为三榀框架中防屈曲支撑的水平荷载-轴向变形曲线。由于无法直接量测防屈曲支撑的轴力，只能显示结构水平荷载 P 与支撑轴向变形 1图 17 防屈曲支撑水平荷载-轴向变形 ( P-1 )曲线Fig 17 Horizontal force-

49、axial deformation hysteretic loops110Beijing: Tsinghua University，2005 ( in Chinese) )孙艳文 钢骨削能支撑钢框架抗震性能研究D 西安: 西安建筑科技大学，2005 ( SUN Yanwen Study on seismic behavior of buckling restrained braced frameD Xi an: Xi an University of Architecture andTechnology，2005 ( In Chinese) )程光煜，叶列平，许秀珍，等 防屈曲耗能钢支撑的 试

50、验研究J 建筑结构学报，2008，29( 1) : 31-39( CHENG Guangyu，YE Lieping，XU Xiuzhen，et al Experimental study on buckling-restrained braceJ Journal of Building Structures，2008，29 ( 1 ) : 31-39 ( in Chinese) )Larry A Fahnestock，Richard Sause，James M Ricles Seismic response and performance of buckling- restrained bra

51、ced framesJ Journal of Structure Engineering，2007，133( 9) : 1195-1204Parry Brown A， Aiken Ian D， Jafarzadeh F Jeff Buckling restrained braces provide the key to the seismic retrofit of the Wallace F Bennett Federal BuildingJ Modern Steel Construction，2001，123 ( 8) : 1-9陈巍 混凝土套管防屈曲支撑及防屈曲支撑框架抗震性能研究D 北京: 北京工业大学，2009 ( CHEN Wei The seismic performance of concrete-tube buckling-restrained brace and buckling-restrained brace framesD Beijing: Beijing University of Technology，2009 ( in Chinese) )4结论4( 1) 三榀框架结构的水平荷载-侧移滞回曲线形状圆润饱满，加、卸载规律性好、对称性好。从加载 始