偏心支撑钢框架结构在30层以上到60层左右的建筑工程中很常用。耗能梁段是偏心支撑结构中主要的耗能构件。目前工程中所用的偏心支撑结构的耗能梁段与框架梁是一个整体,耗能梁段发生破坏的同时框架梁也会出现较大的塑性变形,难以实现大震下耗能梁段屈服而其他构件仍处于弹性的设计目的。为此,学者改进了耗能梁段与框架梁的连接,将耗能梁段与框架梁分离,实现了耗能梁段的可替换,此时的耗能梁段的截面相对于框架梁截面高度往往需要缩小1/3～1/2,这会使得楼板和耗能梁段之间存在很大的空隙,结构的抗侧刚度也会降低15%～20%左右。将可替换耗能梁段改为低屈服点钢材,即可避免上述两个缺点。本文通过试验和数值模拟研究了低屈服可替换式耗能梁段K型偏心支撑钢框架的抗震性能。采用盈建科(YJK)软件设计了传统型K型偏心支撑钢框架结构,在此基础上设计了低屈服可替换式耗能梁段偏心支撑钢框架。进行了传统型和低屈服改进型偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验研究,并做了ABAQUS有限元模拟分析。通过变参分析,研究了新型偏心支撑钢框架的抗震性能影响因素。主要的研究内容和成果如下:(1)利用YJK软件根据实际工况建立了一个15层K型偏心支撑钢框架模型,得出了所选单榀钢框架在小中大震作用下分别所受的水平地震作用力,并将对应的层间位移角与规范限值进行了对比,确定了传统K型偏心支撑试验试件的尺寸。(2)在传统型偏心支撑钢框架的基础上进行了端板及螺栓的设计,并在一定荷载条件下进行了各构件截面尺寸的验算,包括强度和稳定性的验算,以证明其在实际工作中的合理性。(3)进行了LY160低屈服钢和Q235钢材的单向拉伸对比试验,测得两者的屈服和极限应力应变等性能指标,对比了两种钢材属性的差异,通过试验得出以下结论:相比于普通钢材,低屈服点钢材屈服强度较低,在拉伸过程中几乎没有明显的屈服平台;其屈强比较小,但伸长率较Q235钢材更大;低屈服点钢材延性很好且相对于Q235钢材具有更好的塑性变形能力。(4)分别进行了传统型K偏心支撑钢框架以及新型K偏心支撑钢框架的1/2缩尺模型低周反复荷载试验,分析试验结果得出两者在水平循环荷载作用下的刚度及承载能力,滞回性能,耗能梁段转动能力以及破坏特点的异同,并对试验中所遇问题及现象进行了总结。试验结果表明:传统型偏心支撑钢框架滞回曲线呈梭型,耗能性能较好,结构的初始刚度和承载力较大,延性也较好,在试验结束时仅耗能梁段翼缘出现较大变形;新型偏心支撑钢框架的滞回曲线虽有一定程度的捏拢,滞回性能也较好,极限承载力和刚度相对于传统型偏心支撑没有明显的降低,并且耗能梁段的转动能力更好,在试验结束时,仅发现耗能梁段及其端板出现了较大的塑性变形,梁柱、支撑等其他构件基本处于完好状态。(5)通过ABAQUS有限元分析软件分别建立了传统型K型偏心支撑和新型K型偏心支撑钢框架的模型,通过施加循环位移荷载分析了两者在水平地震作用下的耗能梁段应力分布情况,耗能能力,刚度,承载力与延性,剪力塑性转角;之后又通过改变低屈服点钢材的屈服强度和耗能梁段加劲肋布置方式,研究了低屈服可替换式耗能梁段抗震性能影响因素。得出以下结论:相对于传统型偏心支撑钢框架,新型偏心支撑结构的耗能梁段上产生的应力有所降低,滞回性能和等效阻尼系数、以及延性和耗能梁段塑性转动能力有较大程度的提高,但在极限状态下的刚度和承载力有一定程度的降低。新型偏心支撑结构具有更好的耗能能力,更能充分展现出耗能梁段在地震中作为结构“保险丝”的重要作用;其次,发现当耗能梁段钢材屈服强度在某个范围(100MPa～225MPa)逐渐增大时,耗能梁段中产生的应力逐渐增大,结构刚度差别不大,承载能力逐渐增大,延性逐渐降低,耗能梁段转角逐渐增大,滞回性能逐渐提高;对于耗能梁段腹板处加劲肋不同的布置方式,在其他条件都相同的情况下,采用双侧小间距布置时,比单侧小间距布置或者双侧大间距布置具有更好的耗能能力,结构刚度和延性与另外两种布置方式差别不大,承载能力有一定程度的提高,耗能梁段转角略有增大。