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内填芯钢框中心支撑钢框架滞回性能的多维度解析与优化策略

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，建筑行业蓬勃发展，对建筑结构的安全性、稳定性和经济性提出了更高要求。在各类建筑结构中，钢框架结构因其强度高、自重轻、施工速度快等优点，被广泛应用于高层建筑、大跨度结构等工程领域。然而，纯钢框架结构在抵抗侧向力时，其抗侧刚度相对较弱，在地震等自然灾害作用下，结构容易发生较大的侧向位移，导致结构破坏甚至倒塌，严重威胁人们的生命财产安全。

为了提高钢框架结构的抗侧性能，工程中常采用在钢框架中设置支撑的方式，形成中心支撑钢框架结构。中心支撑钢框架通过支撑构件承担大部分的侧向力，有效提高了结构的抗侧刚度和承载能力。但是，传统的中心支撑钢框架在地震作用下，支撑容易发生受压屈曲，导致支撑的承载能力和耗能能力下降，影响结构的抗震性能。

内填芯钢框中心支撑钢框架作为一种新型的结构形式，结合了内填芯钢框和中心支撑的优点，为解决传统中心支撑钢框架的问题提供了新的思路。内填芯钢框通过与钢框架的协同工作，能够有效约束支撑的屈曲变形，提高支撑的稳定性和耗能能力，从而提升整个结构的抗震性能。同时，这种结构形式还具有良好的延性和变形能力，能够在地震作用下吸收和耗散大量的能量，减少结构的损伤。

滞回性能是衡量结构抗震能力的重要指标之一，它反映了结构在反复荷载作用下的力学性能和耗能特性。研究内填芯钢框中心支撑钢框架的滞回性能，对于深入了解该结构形式的抗震机理，优化结构设计，提高结构的抗震安全性具有重要意义。通过对滞回性能的研究，可以明确结构在地震作用下的破坏模式和失效机制，为结构的抗震设计提供理论依据；可以评估结构的耗能能力和延性，为结构的抗震性能评估提供量化指标；还可以为新型结构体系的开发和应用提供技术支持，推动建筑结构抗震技术的发展。

此外，随着我国地震频发，如唐山大地震、汶川地震、玉树地震等，给人民生命财产带来了巨大损失，抗震减灾工作成为国家和社会关注的焦点。加强对建筑结构抗震性能的研究，提高结构的抗震能力，对于保障人民生命财产安全，促进社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。内填芯钢框中心支撑钢框架作为一种具有良好抗震性能的新型结构形式，对其滞回性能的研究成果，将为实际工程中的抗震设计提供有力的技术支撑，有助于推动建筑结构向更加安全、经济、环保的方向发展。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外对于钢框架结构的研究起步较早，在结构抗震性能和滞回性能研究方面取得了丰硕的成果。早期，学者们主要关注传统钢框架结构的力学性能和设计方法。随着对结构抗震要求的不断提高，研究重点逐渐转向新型钢框架结构体系的开发和性能研究。

在中心支撑钢框架研究领域，国外学者进行了大量的试验研究和理论分析。如美国学者通过对不同形式中心支撑钢框架的低周反复加载试验，研究了支撑形式、长细比等因素对结构滞回性能的影响，发现十字交叉支撑在提高结构抗侧刚度方面效果显著，但在地震作用下容易出现受压屈曲，导致结构耗能能力下降；而人字形支撑和V形支撑在改善结构延性方面具有一定优势，但会使梁在支撑交叉点处承受较大的不平衡集中力。

对于内填芯钢框中心支撑钢框架这种新型结构形式，国外也有相关研究。部分学者采用有限元分析方法，对该结构在地震作用下的力学性能进行了模拟分析，探讨了内填芯钢框的厚度、强度以及与支撑的连接方式等参数对结构滞回性能的影响。研究结果表明，合理设计内填芯钢框可以有效约束支撑的屈曲变形，提高支撑的稳定性和耗能能力，从而显著提升结构的抗震性能。此外，一些学者还开展了足尺模型试验，进一步验证了数值模拟的结果，并对结构的破坏模式和失效机制进行了深入研究。

在结构抗震设计理论方面，国外已经形成了较为完善的体系，如美国的ASCE7-16《MinimumDesignLoadsandAssociatedCriteriaforBuildingsandOtherStructures》、欧洲的Eurocode8《Designofstructuresforearthquakeresistance》等规范，都对钢框架结构的抗震设计做出了详细规定。这些规范在考虑结构滞回性能的基础上，提出了基于性能的抗震设计方法，强调结构在不同地震水准下的性能目标，为结构设计提供了科学的依据。

1.2.2国内研究现状

近年来，随着我国建筑行业的快速发展，国内对钢框架结构的研究也日益深入。在中心支撑钢框架方面，国内学者通过试验研究和数值模拟，对结构的抗震性能和滞回性能进行了广泛的研究。例如，一些学者对不同支撑形式的中心支撑钢框架进行了低周反复加载试验，分析了支撑的屈曲模式、滞回曲线、耗能能力等指标，为结构的设计和优化提供了试验依据。同时，国内学者还针对支