近斷層脈沖型地震動(dòng)作用下BRB框剪結(jié)構(gòu)減震性能設(shè)計(jì)研究

于建　趙立財(cái)

摘要：在脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下，對(duì)典型框剪結(jié)構(gòu)及6個(gè)屈曲約束支撐（BRB）減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，主要基于層間位移角、結(jié)構(gòu)損壞程度及結(jié)構(gòu)耗能指標(biāo)，對(duì)比分析不同BRB框剪結(jié)構(gòu)的減震性能。結(jié)果表明：①由于抗側(cè)剛度的提高，增設(shè)BRB能有效降低脈沖型地震動(dòng)下框剪結(jié)構(gòu)整體的層間位移角響應(yīng)，使其滿足規(guī)范限值要求，減震率最高達(dá)到52.1%；②相比布置于外周，BRB布置于內(nèi)框架能更有效減輕脈沖型地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)上部樓層梁構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p壞，從結(jié)構(gòu)整體而言使梁構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞程度占比從71%降至45%以下，同時(shí)有效減輕了豎向構(gòu)件的中度及嚴(yán)重?fù)p壞；③相比非脈沖型地震動(dòng)，脈沖型地震動(dòng)削弱了減震結(jié)構(gòu)中BRB的塑性耗能能力；④BRB布置于內(nèi)框架，且其初始剛度和屈服強(qiáng)度按更多樓層區(qū)域劃分、屈服后剛度比取較小的減震方案的結(jié)構(gòu)在脈沖型地震動(dòng)下具有較高的減震性能。

關(guān)鍵詞：脈沖型地震動(dòng)；框剪結(jié)構(gòu)；屈曲約束支撐；減震性能

中圖分類號(hào)：P315.925文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2023）04-0575-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0051

0引言

我國(guó)發(fā)生過多次破壞性地震，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。如1976年唐山M_S7.8大地震，災(zāi)區(qū)設(shè)防烈度Ⅵ度，實(shí)際烈度達(dá)到Ⅺ度；2008年M_S8.0汶川大地震，災(zāi)區(qū)設(shè)防烈度Ⅵ～Ⅶ度，設(shè)計(jì)“大震”設(shè)防烈度為Ⅶ～Ⅷ度，但實(shí)際烈度達(dá)到Ⅸ～Ⅺ度（徐銘陽(yáng)等，2022）。汶川地震動(dòng)記錄表現(xiàn)出明顯的近斷層脈沖特性（Luet al，2010；謝俊舉等，2012），從震害情況可見，地震的強(qiáng)度加上地震動(dòng)脈沖效應(yīng)，對(duì)建筑物具有極為強(qiáng)烈的破壞力，導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。從以往研究可知，近斷層脈沖型地震動(dòng)具有明顯的向前方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)，會(huì)引起明顯的長(zhǎng)周期速度脈沖（賈路等，2019），且一次地震動(dòng)的大部分能量都集中在單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)頻率的脈沖上。因此，開展脈沖型地震動(dòng)作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的研究是必要的。

通過減震設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)能夠具備抵御脈沖型地震動(dòng)的能力。周敏和薛彥濤（2017）研究了Ⅷ度區(qū)某5層BRB框剪結(jié)構(gòu)在罕遇、極罕遇地震作用下的抗震性能，發(fā)現(xiàn)減震框架結(jié)構(gòu)能有效降低層間位移角，使其滿足1/50限值要求。包嗣海等（2019）以某框剪結(jié)構(gòu)工程為例，采用黏滯阻尼器和BRB建立混合減震結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)在極罕遇地震作用下能有效改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞狀態(tài)并提高結(jié)構(gòu)安全性能。針對(duì)地震動(dòng)脈沖特性對(duì)減震結(jié)構(gòu)的影響，程浩和趙楊（2021）對(duì)某高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行BRB減震參數(shù)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在近斷層脈沖型地震動(dòng)作用下BRB減震高層建筑的層間位移反應(yīng)較大，樓層加速度放大不明顯，BRB耗能在結(jié)構(gòu)總塑性耗能中占比減小，結(jié)構(gòu)塑性損傷較大；陳超等（2021）對(duì)典型多層校舍采取減震加固技術(shù)，研究脈沖型地震動(dòng)及其它類型地震動(dòng)作用下減震加固前后的結(jié)構(gòu)抗震性能、殘余變形以及阻尼器工作性能等，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的黏滯阻尼減震效率受地震動(dòng)特性影響不明顯。

目前，同時(shí)考慮地震強(qiáng)度及地震動(dòng)脈沖效應(yīng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)影響的研究不多見，本文選取一定量的近斷層地震動(dòng)記錄，同時(shí)考慮地震強(qiáng)度及其脈沖特性，針對(duì)典型的高層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行BRB布置方案和參數(shù)的減震性能設(shè)計(jì)，以期為此類型結(jié)構(gòu)在考慮脈沖型地震動(dòng)作用下的減震設(shè)計(jì)提供一定參考。

1框架-剪力墻結(jié)構(gòu)數(shù)值模型

1.1結(jié)構(gòu)基本信息

本文結(jié)合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）8.1節(jié)中對(duì)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱框剪結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)的一般布置原則，并參考工程實(shí)例，基于PERFORM-3D建立典型的高層框剪結(jié)構(gòu)彈塑性模型。該結(jié)構(gòu)基本信息如下：建筑使用功能為辦公，結(jié)構(gòu)的首層高度為4 m，其余樓層高度為3.5 m，共15層，結(jié)構(gòu)總高為53 m。結(jié)構(gòu)首層平面布置如圖1所示，灰色陰影部分為框架柱和剪力墻。結(jié)構(gòu)中的框架柱、剪力墻及連梁的混凝土等級(jí)劃分為：1～5層C40、6～10層C35、11～15層C30，全樓框架梁和樓板均采用C30。結(jié)構(gòu)全部構(gòu)件均采用HRB400鋼筋。抗震設(shè)計(jì)參數(shù)為：抗震設(shè)防烈度Ⅷ度（0.20 g），設(shè)計(jì)地震第一分組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)，框架抗震等級(jí)為二級(jí)?；撅L(fēng)壓為0.45 kN/m2，地面粗糙度為B類。結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)取為0.75。

1.2PERFORM-3D數(shù)值模型

在PERFORM-3D中，該高層框剪結(jié)構(gòu)模型構(gòu)件均采用纖維截面模型模擬。纖維截面模型通過材料積分獲得截面的內(nèi)力-變形關(guān)系，與塑性鉸模型直接給出截面內(nèi)力-變形關(guān)系相比，在描述截面壓彎耦合非線性行為方面有著更大的優(yōu)勢(shì)（崔濟(jì)東，2017）。為考慮約束混凝土和非約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，模型中的混凝土材料的單軸本構(gòu)采用修正Kent-Park模型（Scott et al，1982），鋼筋材料的單軸本構(gòu)采用常用的考慮隨動(dòng)強(qiáng)化的雙線性彈塑性模型，參數(shù)取值依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）?；赑ERFORM-3D的“YULRX”五折線型骨架曲線對(duì)上述材料本構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。梁?jiǎn)卧凑绽w維截面段+彈性段+纖維截面段的形式組裝成端部塑性區(qū)模型；剪力墻單元使用PERFORM-3D的Shear Wall單元分別采用約束和非約束混凝土纖維來模擬剪力墻的端部約束區(qū)與非端部約束區(qū)。整體數(shù)值模型采用剛性樓板假定，從而減少結(jié)構(gòu)位移自由度以提高整體的計(jì)算效率。根據(jù)以上條件建立的PERFORM-3D框剪結(jié)構(gòu)數(shù)值模型三維圖如圖2所示。

在工況定義中，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（以下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》），取重力荷載代表值為1倍恒載加0.5倍活載；模型采用Rayleigh阻尼，阻尼比取為5%。PERFORM-3D模型與YJK模型的總質(zhì)量及模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比見表1。由表1可見，兩模型的總質(zhì)量和自振周期的相對(duì)誤差在3%以內(nèi)，驗(yàn)證了PERFORM-3D模型動(dòng)力特性的準(zhǔn)確性。模型的小震彈性層間位移角分別為X方向1/946，Y方向1/1 018，滿足《抗規(guī)》中1/800限值要求。該模型可用于后續(xù)的計(jì)算分析。

2近斷層脈沖型地震動(dòng)作用下框剪結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

2.1地震動(dòng)的選取

為探討近斷層地震動(dòng)脈沖特性對(duì)框剪結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，本文選取一定量的近斷層脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)進(jìn)行對(duì)比研究。根據(jù)《抗規(guī)》5.1.2條規(guī)定，分別選取7條近斷層脈沖型地震波和7條非脈沖型地震波，其基本信息見表2。14條地震波的加速度反應(yīng)譜和規(guī)范反應(yīng)譜如圖3所示，兩類地震波均與規(guī)范譜在對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)基本周期點(diǎn)上相差不大于20%，滿足《抗規(guī)》關(guān)于所選地震波與規(guī)范譜在統(tǒng)計(jì)意義上相符的規(guī)定。

圖4給出其中2條典型的近斷層脈沖型地震波GM4CHICHI_TCU076（GM4）和DARFIELD_LI NCN23E（GM6）的加速度時(shí)程及速度時(shí)程曲線。從圖4可以看出，兩條地震波的速度時(shí)程表現(xiàn)出較大的幅值（PGV/PGA>0.2），且出現(xiàn)了明顯的兩個(gè)相反方向的脈沖。

2.2層間位移角響應(yīng)分析

地震動(dòng)加速度時(shí)程峰值取罕遇地震相關(guān)數(shù)值乘以調(diào)整系數(shù)得到（周敏，2017），Ⅷ度（0.20 g）設(shè)防烈度對(duì)應(yīng)的調(diào)整系數(shù)為1.50，結(jié)合《高規(guī)》中時(shí)程分析罕遇地震峰值取值，地震動(dòng)主方向加速度峰值取為600 cm/s²。選擇結(jié)構(gòu)的X方向?yàn)橹鞣较?、Y方向?yàn)榇畏较?，再選擇Y方向?yàn)橹鞣较颉方向?yàn)榇畏较?，在主、次兩水平方向（峰值?∶0.85）同時(shí)輸入地震波，對(duì)高層框剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)震作用下的彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，得到結(jié)構(gòu)在X和Y方向的層間位移角響應(yīng)，如圖5所示。

為保證結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)作用下滿足生命安全的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，要求結(jié)構(gòu)滿足《抗規(guī)》對(duì)鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角限值（1/100）要求。從圖5可看出，脈沖型地震波引起結(jié)構(gòu)層間位移角的強(qiáng)烈響應(yīng)，部分脈沖型地震波下層間位移角遠(yuǎn)超出限值，且在X方向，7組脈沖型地震波下的層間位移角平均值也超出限值；相比脈沖型地震波，在非脈沖型地震波下層間位移角基本在限值以下。以上實(shí)驗(yàn)表明，脈沖型地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)無法滿足生命安全的性能標(biāo)準(zhǔn)，需要通過減震設(shè)計(jì)來提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3BRB減震方案設(shè)計(jì)

相較于普通鋼支撐，BRB利用外約束單元防止核心單元受壓時(shí)發(fā)生屈曲，是一種受拉特性同普通鋼支撐、且受壓特性與受拉特性相當(dāng)?shù)闹?，具有良好的滯回消能作用。本文采用耗能型BRB進(jìn)行結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)，耗能型BRB在設(shè)計(jì)中要求多遇地震水準(zhǔn)下不發(fā)生屈服，在中強(qiáng)震及大震水準(zhǔn)下產(chǎn)生塑性變形及耗能。PERFORM-3D模型中BRB構(gòu)件由一個(gè)BRB復(fù)合組件模擬，一個(gè)BRB復(fù)合組件由一個(gè)BRB組件和一個(gè)彈性桿組件串聯(lián)得到。

針對(duì)該類典型框剪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從BRB布置方式和參數(shù)兩方面進(jìn)行減震方案設(shè)計(jì)。BRB在結(jié)構(gòu)樓層中的布置方式有兩種，一種布置于外周，另一種布置于內(nèi)框架?？紤]到X方向?yàn)槿鮽?cè)，對(duì)稱布置4套BRB，Y方向則對(duì)稱布置2套BRB，采用單斜撐的安裝形式，如圖6所示。兩種BRB布置方式的三維示意圖如圖7所示（淺藍(lán)色部分為BRB單元）。BRB布置于1～12樓層，全結(jié)構(gòu)共布置72套BRB。

按樓層劃分區(qū)域，設(shè)計(jì)兩種方案：①1～4層、5～8層、9～12層共3個(gè)區(qū)域；②1～2層、3～4層、5～6層、7～8層、9～10層、11～12層共6個(gè)區(qū)域，在不同區(qū)域布置不同初始剛度和屈服承載力的BRB。各方案的屈服承載力數(shù)值取相應(yīng)BRB初始剛度的1/1000，BRB極限變形均取屈服變形的20倍，BRB核心單元長(zhǎng)度全部一致。

基于上述方案，再通過改變BRB屈服后剛度比設(shè)計(jì)其它方案，共設(shè)計(jì)出6種減震方案，各減震方案的結(jié)構(gòu)模型的編號(hào)、BRB布置方式和具體參數(shù)見表3。

表4給出原結(jié)構(gòu)與6個(gè)減震結(jié)構(gòu)模型自振周期的對(duì)比。從表中可以看出，增加BRB之后，結(jié)構(gòu)的自振周期較原結(jié)構(gòu)有一定減小，減小率為18%～30%，表明增加BRB后，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度有所提高。

4BRB框剪結(jié)構(gòu)的減震性能分析

通過彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，基于基底剪力、層間位移角、結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞及塑性耗能等指標(biāo)，對(duì)比分析原結(jié)構(gòu)模型與6個(gè)減震結(jié)構(gòu)模型在脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下的減震性能。

4.1基底剪力

原結(jié)構(gòu)與6個(gè)減震結(jié)構(gòu)模型在7組脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下的基底剪力平均值見表5。從表中可見，相比于原結(jié)構(gòu)，在脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下各減震結(jié)構(gòu)在X方向的基底剪力平均值有一定程度的降低，尤其JZ-6模型在脈沖型地震動(dòng)作用下基底剪力平均值降低15.1%，在非脈沖型地震動(dòng)作用下降低22.0%。

4.2層間位移角響應(yīng)

原結(jié)構(gòu)與6個(gè)減震結(jié)構(gòu)模型在7組脈沖型和非脈沖型地震動(dòng)作用下的層間位移角平均值如圖8所示。從圖中可以看出，由于提高了原結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，增設(shè)BRB能夠有效地降低脈沖型地震動(dòng)下原結(jié)構(gòu)整體的層間位移角響應(yīng)，使其滿足規(guī)范限值要求，保證結(jié)構(gòu)整體的安全性能。從結(jié)構(gòu)的自振周期和振型可知，X方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的弱側(cè)。因此，在相同強(qiáng)度地震動(dòng)作用下，通過減震設(shè)計(jì)，減震結(jié)構(gòu)在X方向布置的BRB數(shù)量多于Y方向，可使層間位移角的降低幅度明顯大于Y方向，尤其表現(xiàn)在地震動(dòng)作用下。綜上所述，BRB布置于內(nèi)框架的減震結(jié)構(gòu)層間位移角較布置于外周的減震結(jié)構(gòu)小，而不同參數(shù)方案的減震結(jié)構(gòu)層間位移角響應(yīng)差異較小。

針對(duì)X方向，表6給出6個(gè)減震結(jié)構(gòu)在脈沖型和非脈沖型地震動(dòng)作用下不同樓層的層間位移角減震率。綜合來看，在脈沖型地震動(dòng)作用下，JZ-4結(jié)構(gòu)的層間位移角減震效果最佳，最高減震率為52.1%，在第4層；在非脈沖地震動(dòng)作用下，JZ-6結(jié)構(gòu)的層間位移角減震效果最佳，最高減震率為47.0%，在第2層。

4.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞程度

4.3.1判別標(biāo)準(zhǔn)

以X方向?yàn)橹鞣较虻挠?jì)算結(jié)果為例，對(duì)比分析原結(jié)構(gòu)與6個(gè)減震結(jié)構(gòu)在脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)損壞程度。參考《建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)規(guī)范》（CECS 392—2014），基于混凝土和鋼筋材料的應(yīng)變來判別混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞程度，見表7。為方便統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞程度，將結(jié)構(gòu)中的框架梁和梁合并統(tǒng)計(jì)為梁構(gòu)件，將框架柱和剪力墻合并統(tǒng)計(jì)為豎向構(gòu)件。

4.3.2梁構(gòu)件損壞程度

分別取脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)整體的梁構(gòu)件損壞程度平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。原結(jié)構(gòu)及6個(gè)減震結(jié)構(gòu)的梁損壞程度占比如圖9a所示。從圖中可看出，在脈沖型地震動(dòng)作用下原結(jié)構(gòu)的梁構(gòu)件大部分出現(xiàn)了嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重?fù)p壞程度占71%，而在非脈沖地震動(dòng)作用下僅占34%。本文通過BRB減震設(shè)計(jì)有效地減輕了梁構(gòu)件的損壞，

尤其是將BRB布置于內(nèi)框的結(jié)構(gòu)中時(shí)尤為明顯，JZ-4、JZ-5、JZ-6結(jié)構(gòu)均使梁構(gòu)件在脈沖型地震動(dòng)作用下的嚴(yán)重?fù)p壞程度降低至45%以下。

統(tǒng)計(jì)梁構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p壞程度沿樓層分布的占比，如圖9b所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，原結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p壞程度占比在脈沖型地震動(dòng)下明顯大于非脈沖型地震動(dòng)下的占比，脈沖型地震動(dòng)下原結(jié)構(gòu)大部分樓層中（2～11層）梁嚴(yán)重?fù)p傷程度占比達(dá)到100%，即樓層中所有梁完全發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞；在非脈沖型地震作用下，各減震結(jié)構(gòu)的梁構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞程度占比無明顯的差異，且隨樓層變化趨勢(shì)基本一致；而在脈沖型地震作用下，相較于BRB布置于外周的3個(gè)減震結(jié)構(gòu)，BRB布置于內(nèi)框架的3個(gè)減震結(jié)構(gòu)的上部樓層（9～14層）梁構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞程度占比有一定減少。

4.3.3豎向構(gòu)件損壞程度

分別取脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)整體的豎向構(gòu)件損壞程度平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。原結(jié)構(gòu)及6個(gè)減震結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件損壞程度占比情況如圖9c所示。從整體的豎向構(gòu)件損壞程度來看，各結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件無損壞程度的占比沒有明顯的差異。在脈沖型地震動(dòng)作用下，減震結(jié)構(gòu)一定程度上降低了豎向構(gòu)件的中度損壞及嚴(yán)重?fù)p壞，JZ-4、JZ-5、JZ-6結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較為明顯。與梁構(gòu)件相比，豎向構(gòu)件損壞程度明顯較低，且損壞主要集中在結(jié)構(gòu)的底層，因此結(jié)構(gòu)擁有足夠的安全儲(chǔ)備，體現(xiàn)了“強(qiáng)豎向構(gòu)件弱水平構(gòu)件”的延性設(shè)計(jì)理念。

4.4結(jié)構(gòu)塑性耗能分析

針對(duì)脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析得到的各項(xiàng)能量指標(biāo)的平均值進(jìn)行對(duì)比分析。能量指標(biāo)包括：地震總輸入能、各結(jié)構(gòu)的瑞雷阻尼耗能比例和塑性耗能的比例（包括梁構(gòu)件、豎向構(gòu)件及BRB的塑性耗能），見表8。從表中可知，在同等加速度峰值的地震動(dòng)輸入下，脈沖型地震動(dòng)輸入到結(jié)構(gòu)的總能量明顯大于非脈沖型地震動(dòng)輸入的總能量。從地震輸入能量的角度分析，其原因?yàn)槊}沖型地震動(dòng)中具有極大的瞬時(shí)輸入能，占地震總輸入能的大部分（丁玉春，朱晞，2007）。另外，由于BRB的布置提高了結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度，改變了原結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，減震結(jié)構(gòu)能夠減少脈沖型地震動(dòng)總輸入能，尤其表現(xiàn)在JZ-4、JZ-5、JZ-6結(jié)構(gòu)。從塑性耗能比例結(jié)果來看，JZ-4、JZ-5、JZ-6結(jié)構(gòu)的塑性耗能較JZ-1、JZ-2、JZ-3明顯，其中JZ-6結(jié)構(gòu)的塑性耗能比例最大，達(dá)到24.0%，有效地降低了梁構(gòu)件和豎向構(gòu)件的塑性耗能（比例為所有結(jié)構(gòu)中最?。岣吡酥黧w結(jié)構(gòu)的安全性。在非脈沖型地震動(dòng)作用下，JZ-6結(jié)構(gòu)的塑性耗能比例最大。整體而言，脈沖型地震動(dòng)下減震結(jié)構(gòu)中的塑性耗能能力較弱，而梁構(gòu)件和豎向構(gòu)件承擔(dān)了較多塑性耗能，反映出脈沖型地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性破壞有更大的影響。

圖10為脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下各減震結(jié)構(gòu)中BRB在3類構(gòu)件塑性耗能中的占比，更直觀地展示了各減震結(jié)構(gòu)中BRB的塑性耗能能力。從圖中可知，脈沖型地震動(dòng)削弱了BRB的塑性耗能能力。JZ-6結(jié)構(gòu)在脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下的BRB塑性耗能占比均為最高，其中在脈沖型地震動(dòng)下占比達(dá)到42.8%；JZ-5結(jié)構(gòu)中BRB塑性耗能占比大于JZ-4結(jié)構(gòu)，表明按更多樓層區(qū)域進(jìn)一步劃分BRB的初始剛度和屈服強(qiáng)度參數(shù)有利于提高整體BRB的塑性耗能能力。

基于層間位移角響應(yīng)、結(jié)構(gòu)損壞程度和結(jié)構(gòu)耗能分析可知，JZ-6結(jié)構(gòu)是較優(yōu)的減震結(jié)構(gòu)，在所有減震方案結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出較高的減震性能。由此建議：①在此類框剪結(jié)構(gòu)中，應(yīng)優(yōu)先考慮將BRB布置于結(jié)構(gòu)的內(nèi)框架中；②對(duì)BRB的初始剛度及屈服強(qiáng)度按多樓層區(qū)域進(jìn)行劃分，以充分發(fā)揮BRB的塑性變形能力；③在參數(shù)設(shè)計(jì)中，可適當(dāng)降低BRB的屈服后剛度比，從而在一定程度上提高BRB的塑性耗能能力，減輕主體結(jié)構(gòu)的塑性損壞。

5結(jié)論

本文對(duì)典型高層框剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行多個(gè)BRB減震方案設(shè)計(jì)，對(duì)原結(jié)構(gòu)及6個(gè)減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行脈沖型及非脈沖型地震動(dòng)作用下的彈塑性時(shí)程分析，基于層間位移角、結(jié)構(gòu)損壞程度及結(jié)構(gòu)耗能指標(biāo)，對(duì)比分析不同BRB框剪結(jié)構(gòu)的減震性能，得到以下主要結(jié)論：

（1）脈沖型地震動(dòng)作用下增設(shè)BRB能提高抗側(cè)剛度，有效降低結(jié)構(gòu)整體的層間位移角響應(yīng)，使其滿足規(guī)范中保證生命安全的限值要求。BRB布置于內(nèi)框架的減震結(jié)構(gòu)，對(duì)于層間位移角有更高的減震率，尤其是在脈沖型地震動(dòng)作用下，減震率達(dá)到52.1%。

（2）相比非脈沖型地震動(dòng)，脈沖型地震動(dòng)加劇了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞程度。脈沖型地震動(dòng)作用下，BRB布置于內(nèi)框架的減震結(jié)構(gòu)較明顯地減小了梁構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞程度占比，使結(jié)構(gòu)整體梁構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞程度占比從71%降低至45%以下；從樓層分布來看，有效地減輕了結(jié)構(gòu)上部樓層梁構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p壞，較明顯地減輕了豎向構(gòu)件的中度損壞及嚴(yán)重?fù)p壞。

（3）相對(duì)非脈沖型地震動(dòng)，脈沖型地震動(dòng)削弱了減震結(jié)構(gòu)中BRB的塑性耗能能力。在所有減震方案結(jié)構(gòu)中，BRB布置于內(nèi)框架，且其初始剛度參數(shù)按更多樓層區(qū)域劃分、屈服后剛度比取較小的減震方案的結(jié)構(gòu)，BRB發(fā)揮出較優(yōu)的塑性耗能能力，有效降低了梁構(gòu)件和豎向構(gòu)件的塑性耗能。該減震方案結(jié)構(gòu)在脈沖型地震動(dòng)作用下具有較高的減震性能。參考文獻(xiàn)：

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Research on Damping Performance Design of BRB Frame-shear

Structure by Near-fault Pulse-like Ground motions

YU Jian ZHAO Licai

（1.China Railway 19th Bureau Group Fifth Engineering Co.Ltd.，Dalian 116100，Liaoning，China）

（2.China Railway 19th Bureau Group Third Engineering Co.Ltd.，Shenyang 110136，Liaoning，China）

（3.Construction Engineering，Taiwan University of Science and Technology，Taipei 10672，Taiwan，China）

Abstract

Pulse-like ground motions exert extremely strong destructive force on building structures.The elastic-plastic dynamic time-history analysis of the typical frame-shear structure and several buckling restrained braces（BRB）shock-absorbing design structures subjected to the pulse-like and non-pulse-like ground motions is carried out.Based on the story drift ratio，the structural damage degree，and the structural energy consumption index，the seismic performance of different BRB frame-shear structures is compared and analyzed.The analysis shows that，due to the improvement of lateral stiffness，the added BRB can help to effectively reduce the story drift ratio response of the frame-shear structure subjected to the pulse-like? ground motions，and make the structure meet the limit requirement in the Code.Instead of being arranged on the periphery，the BRB arranged in the inner frame of the shock-absorbing structure can help to reduce more effectively the serious damage to the upper-floor beam members of the structure subjected to the pulse-like ground motions，and reduce the proportion of the serious damage to the beam members from 71% to less than 45% as a whole，and effectively reduce the moderate- and serious-damage to the vertical members.Pulse-like ground motions can weaken the plastic energy-dissipation capacity of BRB in shock-absorbing structures while the non-pulse-like ground motions cannot.In general，when the structure is arranged with BRB in the inner frame，and the structures initial stiffness and yield strength are divided by more floor zones，the smaller post-yield stiffness ratio would show higher damping performance subjected to the pulse-like ground motions.

Keywords：pulse-like ground motion；frame-shear structure；buckling restrained braces；damping performance