随着消能减震技术的发展,不同类型消能部件被广泛应用于结构抗震中,但这些消能部件在实际应用时仍存在一些问题。例如,现有钢支撑布置常常会占用与分割室内使用空间,对结构使用造成不利影响,同时也造成支撑在安装、维修和损坏更换上的困难。通过将支撑布置于结构外侧的方式,可以避免支撑对室内使用空间的影响和安装、维修上的麻烦,然而由于支撑外露,在外界温度作用下支撑中将产生附加内力,影响支撑正常使用,为此,本文研究一种新型呼吸耗能斜撑,这种斜撑将金属阻尼器与钢支撑结合起来,通过将中间金属阻尼器布置于平面外的方式,可将在外界温度作用下产生的内力通过平面外变形释放掉,同时在风荷载和小震作用下,呼吸耗能斜撑能为结构提供抗侧刚度,在大震作用下,通过中间金属阻尼器剪切变形,斜撑可以大量消耗地震能量,保证主体结构安全。对于本文提出的呼吸耗能斜撑,将同时进行有限元分析、缩尺模型试验研究和实际工程应用研究,以验证上述呼吸耗能斜撑性能。本文主要研究内容及成果如下:1.对呼吸耗能斜撑进行理论分析。首先介绍呼吸耗能斜撑的构造形式和推导其力学性能,然后对呼吸耗能斜撑进行相似关系设计,确定缩尺模型的尺寸参数和理论分析模型,并利用有限元软件ANSYS对缩尺模型进行温度变化模拟和单调加载模拟,研究呼吸耗能斜撑的受力和变形机制,综合判断其性能并为后续试验研究提供参考。2.确定呼吸耗能斜撑试验方案,并对呼吸耗能斜撑进行升温、降温试验。根据理论分析与有限元分析结果,结合试验实际场地条件,确定试验方案;设计并制作试验试件,对呼吸耗能斜撑进行升温、降温试验,观察和测量试件在温度作用下的整体变形过程和应力、应变水平,结果表明呼吸耗能斜撑能通过平面外变形释放由于温度变化产生的内力,温度荷载在斜撑内引起较低应力水平波动,而对主体结构几乎不产生影响。3.对呼吸耗能斜撑进行拟静力试验。通过低周反复加载试验得到试件滞回曲线和金属剪切阻尼器变形试验值,同时测量金属阻尼器平面外变形值和除金属阻尼器外呼吸斜撑其他部件的应力水平,结果表明呼吸耗能斜撑滞回曲线饱满、无捏缩,具有良好的耗能能力,并且金属阻尼器几乎不产生平面外变形,通过适当的强度设计后呼吸斜撑其他部件仍处于弹性状态,证明新型呼吸耗能斜撑具有良好的耗能稳定性。4.对呼吸耗能斜撑进行实际工程应用研究。包括提出呼吸耗能斜撑的减震设计原则,并利用结构分析软件YJK和Perform-3D对分别带有呼吸耗能斜撑和传统中心支撑的钢结构进行多遇地震和罕遇地震下的时程分析,对比分析结果表明呼吸耗能斜撑不仅能为结构提供抗侧刚度,使层间位移角等指标符合规范限值,并且相比传统中心支撑,能大量消耗地震能量,减小主体结构损伤,具有良好的实际耗能减震效果。综上所述,本文研究表明新型呼吸耗能斜撑构造简单、概念清晰,可布置于结构外侧以避免对室内空间使用造成不利影响,同时具有良好的释放温度应力能力和优良、稳定的耗能能力,可广泛应用于减震结构的被动控制中。