摇摆柱(rocking column)作为可恢复功能结构构件的一种实现形式,与传统结构柱有明显不同,摇摆柱通过与基础或节点断开连接,降低柱体抗侧刚度,在地震作用下使结构产生摇摆,从而降低结构地震过程中的加速度响应,最终提高结构的抗震性能。本文在传统摇摆柱结构形式基础上通过在摇摆柱柱脚处设置体外连接筋,形成柱端体外连接型摇摆柱结构,以考查体外连接型摇摆柱结构的抗震性能,主要研究内容如下:(1)基于已有的摇摆柱试验研究(Roh2010),利用ABAQUS平台建立有限元模型,通过与试验结果对比,验证有限元模型的合理性,在此基础上对传统摇摆柱展开参数分析,研究混凝土强度、轴压比等因素对传统摇摆柱力学性能的影响规律,研究发现轴压比是影响摇摆柱力学性能的主要因素,而混凝土强度对传统摇摆柱力学性能影响很小。(2)基于传统摇摆柱结构形式及摇摆机制,提出一种柱端体外连接形式的摇摆柱,并建立相应的有限元模型,对其受力机理、耗能机理以及自复位机制等内容展开研究。对比分析设置单一体外钢筋、FRP筋、FRP筋-钢筋混合体外筋摇摆柱力学性能,结果发现FRP筋在柱体大侧移情况下承载力的增强效果更加明显,可实现柱体在摇摆阶段承载力的提升;采用FRP筋-钢筋的摇摆柱可获得理想的旗帜型滞回曲线,通过调整FRP筋与钢筋的配置比例可实现摇摆柱体结构抗震性能的优化。(3)对柱端体外连接型摇摆柱有限元模型开展参数分析,考查混凝土强度、轴压比、体外筋等力学参数对摇摆柱力学性能影响,研究钢筋和FRP筋配比对柱体抗震性能的影响,结果表明,轴压比和体外筋类型是影响柱端连接型摇摆柱抗震性能的关键因素。并与试验摇摆柱的性能进行对比,分别从滞回曲线、残余变形、等效粘滞阻尼系数、等效刚度及初始刚度、峰值承载力等方面提出柱端体外连接型摇摆柱的抗震性能评价指标。(4)对传统摇摆柱及体外连接型摇摆柱的破坏过程进行理论分析,根据模拟结果得出摇摆柱开裂临界点、屈服临界点以及摇摆临界点的弯矩-曲率关系计算方法,并对比验证模型的合理性。基于理论模型建立梁单元+连接单元有限元模型,与精细有限元模型及多尺度有限元模型计算结果对比,验证其合理性,为后期摇摆柱结构分析奠定基础。(5)基于梁单元+连接单元建立四层三跨一榀框架有限元模型,并进行弹塑性时程分析,模拟其在罕遇地震下的力学行为,研究摇摆阶段连接刚度对框架结构地震动行为的影响,并与传统框架对比,评价体外连接型摇摆柱对整体框架结构抗震性能的提高效果。在本研究参数范围内采用摇摆柱的框架结构可以降低结构的层间剪力响应,通过调整体外筋的配置,可实现对摇摆柱的抗侧刚度的设计,从而实现结构体系抗震性能的优化。