自恢复耗能(Self-centering energy dissipation,简称SCED)支撑在地震发生时不仅可为结构提供稳定的耗能能力,保护结构主体安全,同时还可为其提供良好的自恢复能力,有效地减小结构的残余变形响应。现有SCED支撑多采用摩擦装置或防屈曲支撑(Buckling restrained brace,简称BRB)提供耗能,预应力筋或形状记忆合金材料提供自恢复能力,该类支撑常存有变形能力有限或支撑性能受温度影响明显等不足。因此本文提出一种由组合碟簧装置与摩擦耗能装置共同组成的兼具高耗能及自恢复性能的新型预压弹簧自恢复耗能(Pre-pressed spring self-centering energy dissipation,简称PS-SCED)支撑,通过对多组不同设计参数的PS-SCED支撑试件进行低周往复加载试验,系统研究了该支撑的滞回性能、耗能及自恢复性能,提出可准确、细化描述支撑旗形滞回特性的非线性恢复力模型,建立了PS-SCED支撑构件设计理论和方法。分别设计并建立低层、中高层及高层典型的PS-SCED支撑框架结构,对其进行非线性地震响应分析,研究支撑结构在中震、大震及特大震作用下的抗震性能及功能可恢复性能,并分析支撑构件设计参数对结构性能的影响规律,建立了 PS-SCED支撑框架结构基于性能的抗震设计方法。主要研究内容和成果如下:(1)提出了一种由摩擦耗能装置提供耗能、组合碟簧装置提供自恢复能力的新型PS-SCED支撑,通过对4组具有不同碟簧类型、不同支撑长度及不同截面形式的支撑试件进行低周往复加载试验,研究了支撑在相同组合碟簧预压力、不同摩擦耗能装置摩擦力情况下的滞回性能、耗能、自恢复性能及参数影响规律,结果表明:PS-SCED支撑在低周往复加载作用下可展现出特有的旗形滞回曲线,其耗能能力随摩擦力的增大而增大,当组合碟簧预压力足以克服该摩擦力时,PS-SCED支撑具有更好的自恢复性能。此外,提出了一种利用支撑可测工作段的实测应变信息推算支撑整体滞回响应的应变反演法,该方法可有效地预测PS-SCED支撑的滞回响应。(2)通过PS-SCED支撑的破坏性试验和低周疲劳性能试验,分析了 PS-SCED支撑在大位移循环加载作用下的滞回性能、耗能、延性及承载力,结果表明:PS-SCED支撑构件在大位移多次循环加载作用下,可保持稳定的耗能及自恢复能力,具备良好的抗疲劳性能。圆形截面内管支撑相比X截面内管支撑具有更好的延性、耗能及自恢复性能,且采用无支撑面碟簧可有效提高支撑承载力,采用有支撑面碟簧或增加支撑长度及碟簧使用数量更有利于提高支撑变形能力。支撑的破坏模式为其内管发生拉断破坏,且破坏位置位于支撑内管用于固定摩擦耗能装置高强螺栓的预留孔洞处。(3)建立了 PS-SCED支撑构件设计理论和方法,给出了具体设计流程和建议。基于Bouc-Wen模型,提出了两种可准确描述该支撑构件滞回响应的非线性恢复力模型。模型预测与试验结果对比分析表明:PS-SCED支撑分段式简化模型和非线性原理模型均能有效地描述支撑的滞回特性,且非线性原理模型对支撑恢复力、刚度过渡段平滑性、等效粘滞阻尼比和累积耗能的预测结果更加准确。非线性原理模型中的耗能参数及刚度参数对支撑的滞回响应存有明显影响,而其余形状控制参数对支撑滞回响应的影响较小,对于采用相同构造的PS-SCED支撑构件,可将其设为定值以作简化计算。(4)基于LS-DYNA有限元软件对PS-SCED支撑非线性原理模型进行了二次开发,依据功能可恢复结构的四水准抗震设防目标,分别设计并建立了4层、8层和16层典型的低层、中高层及高层PS-SCED支撑框架结构,对其在中震、大震及特大震作用下的抗震性能及功能可恢复性能进行研究,结果表明:PS-SCED支撑相比普通钢支撑(Conventional steel brace,简称CSB)可更加有效地减小结构的层间位移响应,在大震和特大震作用下可具备与BRB同等的控制效果。支撑特有的旗形滞回特性可有效地减小结构的震后残余变形响应,但也使其结构的加速度响应略高于BRB框架结构,且该结构的加速度响应随碟簧间接触摩擦力的增加而明显增加。分析了支撑构件设计参数对PS-SCED支撑结构抗震性能的影响规律,建立了PS-SCED支撑框架结构基于性能的抗震设计方法。