随着建筑工业化的发展,钢结构,尤其是采用螺栓连接并具有较高装配率的钢结构具有广阔的应用前景。良好的抗震性能和完整的设计方法是一种新型结构体系应用和推广的前提。论文以方钢管柱端板节点柔性支撑钢框架为研究对象,首先开展足尺拟静力试验和缩尺振动台试验以研究其抗震性能,然后建立了可模拟其循环受力性能的有限元模型,接着提出了实用的设计方法并设计了框架算例,最后分析了框架算例的抗震性能以验证设计方法的可靠性。论文的主要研究工作如下:(1)进行了一个足尺三层框架拟静力试验。研究了框架整体的破坏模式、滞回性能、承载力、刚度、变形性能、耗能能力等。通过试验所监测的节点变形及构件表面应力,分析了节点的滞回性能、骨架曲线、承载力、延性、层间位移角分量和耗能能力,以及构件的受力性能,并讨论了结构不同部位的破坏发生次序和塑性发展过程。(2)进行了一个五层1:3缩尺框架模型的振动台试验。研究了结构在不同烈度地震作用下的试验现象、加速度响应、变形性能以及最终破坏模式,分析了结构在不同阶段的自振周期、自振频率、振型及其变化趋势,评估了底部两层构件的受力性能及构件中的塑性开展情况。(3)基于实体单元、壳单元和桁架单元建立了可精确模拟方钢管柱端板节点柔性支撑钢框架循环加载受力性能的精细化有限元模型,可考虑结构各组件间复杂的接触关系并模拟节点变形和构件局部屈曲。同时基于梁单元和桁架单元建立了也具有一定精度的杆系单元有限元模型,可用于大规模的结构抗震性能参数分析。(4)在对各国现行设计规范进行调研的基础上,补充研究了节点初始转动刚度和承载力简化计算方法,给出了支撑与框架刚度比的定义,完善了方钢管柱端板节点柔性支撑钢框架的抗震设计方法。采用所提出的设计方法设计了六组包含不同参数的框架算例,变化参数包括:结构层数、钢材强度以及支撑与框架刚度比。讨论了刚度比对抗震设计主要参数指标的影响。(5)对框架设计算例进行静力推覆分析和动力时程分析,确定其承载力、变形、延性系数和超强系数等抗震性能指标。分析刚度比对结构抗震性能的影响,提出结构设计刚度比的建议取值范围。研究地震下支撑突然张紧产生的高应变率对支撑强度的提高作用,提出了用于支撑节点设计的荷载调整系数。