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我国大型工业建筑多位于高烈度地区,结构形式多为钢支撑框排架结构,抗震防线不足。这些结构构造较为复杂,存在先天不足,例如结构上部需布置吊车、煤仓等大型工业设备,导致上刚下柔,质量分布严重不均匀。然而,大型工业建筑多为“生命线”工程,一旦在地震中损坏不仅带来了巨大的经济损失也会制约着救援重建等行动,会带来更为严重的次生灾害。因此,针对大型工业建筑生命线工程的抗震性能研究很有必要。例如,我国大型火力发电厂多位于高烈度地区,受地震影响较大。为了提高我国火电厂结构的抗震性能,防屈曲支撑(BRB)作为一种消能减震构件被引入到大型火电厂主厂房结构中。目前防屈曲支撑在火电厂结构中的应用处于起步阶段,实际工程应用较少,研究和实践积累不足,有些关键技术问题需加强研究。 防屈曲支撑是一种新型消能减震构件,在受拉、受压状态下可发生屈服,消除了传统钢支撑受压易屈曲的问题,强烈地震下有更强和更稳定的能量耗散能力,从而保护主体结构。然而,将普通钢支撑改为防屈曲支撑以后,节点将处于高应力状态下工作,由此对主体结构的受力带来哪些影响,结构设计上可做哪些改变等,有待深入研究。另外,防屈曲支撑连接节点的可靠性是保证其屈服耗能、降低结构地震作用、提高结构抗震性能的重要因素。虽然此前已有学者专家对普通钢支撑节点进行了大量的研究,并取得了可观的研究成果,但由于电力主厂房构造复杂,支撑种类繁多,存在平面外无楼板支撑的节点等,在技术上缺少对应的试验研究成果支持工程设计。 针对上述问题,本文以某1000MW大型火电厂结构为工程背景,采用MIDAS进行非线性有限元分析。对比不同减震方案的抗震性能,经调整优化得到抗震性能最佳的消能减震方案。确立减震方案后,分别以普通支撑方案和消能减震方案为原型,设计了缩比为1∶10的单榀框排架-普通支撑试验模型和单榀框排架-防屈曲支撑试验模型,对两模型分别进行拟静力推覆试验,选取模型内部具有代表性的节点作为研究对象进行重点研究,对比普通钢支撑节点和防屈曲支撑节点在受力、变形及损伤破坏等方面的差异。采用ABAQUS建立了框排架-防屈曲支撑试验模型的数值模型,着重对防屈曲支撑连接节点进行了受力分析,为搞清受力机理,进一步优化结构设计,提高抗震性能提供依据。 研究表明:将防屈曲支撑应用于框排架结构,在设防和罕遇地震下BRB屈服耗能,可有效增加结构的等效阻尼比,减小主体结构地震作用,提高结构抗震能力;防屈曲支撑的屈服强度和刚度对结构的抗震性能有较大的影响,不宜过大也不宜太小,合适的支撑屈服强度和刚度可以使结构获得更好地抗震性能,存在一定的优化区间;在同等受力条件下,因防屈曲支撑受压不屈曲,其节点应力状态要明显高于普通支撑节点,在结构设计时应予以关注;在多遇和设防地震下,按普通支撑节点设计原则设计的防屈曲支撑节点基本能满足抗震要求,但在罕遇地震下,防屈曲支撑节点表现出明显的强度和刚度不足,需要加强;防屈曲支撑节点对与其相连主体结构的平面外刚度要求高于普通支撑节点,对于平面外缺少楼板或其它构件连接的节点,在结构设计上应采取对应措施。