传统的抗震设计主要眼于防止结构倒塌和保护人们的生命安全,往往忽视了建筑物震后的修复和社会秩序的恢复。基于结构功能可恢复的设计思想,本课题提出了带可更换构件的RCS混合框架结构,在地震作用下,损伤集中于耗能梁,震后更换受损耗能梁段,结构功能可以得到快速恢复。本文提出了一种三段式可更换耗能梁,即将耗能梁分为三段,包括两端非耗能梁段和中间可更换耗能梁段。通过试验、有限元数值模拟和理论分析,对三段式可更换耗能梁的抗震性能和可更换性能进行系统研究,主要内容和结论如下:通过拟静力试验,研究了三段式可更换耗能梁的震后可更换能力和抗震性能。试验共设计了10个试件,试验参数包括中间段可更换耗能梁腹板类型、腹板钢材类型和可更换耗能梁段与非耗能梁段连接方式。研究结果表明:各试件的荷载-位移滞回曲线十分饱满,表现出良好的变形能力和耗能能力;腹板采用低屈服点钢或波纹钢可以提高试件的耗能能力;随着可更换耗能梁段塑性转角的增大,可更换耗能梁的抗剪承载力强化明显;三段式可更换耗能梁的极限塑性转角均值在0.1rad左右,超强系数均值为1.72,均大于AISC341-16中规定的限值0.08rad和1.5;可更换耗能梁段与非耗能梁段采用端板或双槽钢连接时,三段式可更换耗能梁具有良好的可更换性。通过ABAQUS有限元软件建立13个三段式可更换耗能梁模型,分析了耗能梁段长度系数、腹板高厚比和梁段抗剪承载力比α对耗能梁抗震性能的影响。研究表明:随着中间耗能梁段长度系数的增大,耗能能力降低,其抗剪承载力和变形能力也随之降低,长度系数取值建议在0.8～1.2之间;随着腹板高厚比的减小,耗能梁的累积耗能量增大,但超强系数减小、变形能力也有所减弱;当1.17≤α≤1.46时,三段式耗能梁耗能机制向多段分级耗能梁耗能机制转变,即耗能梁段腹板可以屈服耗能,非耗能梁段也可以屈服耗能。基于能力设计法,提出了中间可更换耗能梁段和非耗能梁段的承载力计算公式;给出了中间可更换耗能梁段的合理构造措施;为满足受损耗能梁段的可更换性,建议采用端板连接和双槽钢连接并给出了其设计方法,在此基础上,进一步提出了三段式可更换耗能梁的设计流程。