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套管-预拉杆式自复位屈曲约束支撑(Self-centering Buckling-Restrained Brace,SC-BRB)具有良好的滞回性能和自复位能力,通过套管-BFRP预拉杆的自复位体系能有效控制结构的地震响应,减小乃至消除结构残余变形,提高震后可修复性。但在最大可信地震(Maximum Credible Earthquake)作用下,由于预拉杆材料弹性延伸率限制,难以满足大变形需求而发生预拉杆断裂,导致结构地震响应和残余变形增加,增大修复难度和成本。针对以上问题,为提高支撑在大变形条件下的抗震性能,有效控制结构在MCE作用下的地震响应,本文提出串联式SC-BRB支撑的设计,主要的研究内容如下:(1)对SC-BRB支撑的构造进行改进,提出一种串联式的SC-BRB支撑构造。解明该支撑的自复位工作机理和串联式工作机理,推导出其各阶段刚度和恢复力模型,提出其设计方法和安装组装流程,并通过一个1/4缩尺的模型研究其滞回性能和耗能能力;(2)设计并加工了一根串联式SC-BRB支撑,首先以0.1mm/s的加载速率进行变幅和常幅拟静力试验,验证其串联式机理并研究其抗震性能。其结果表明,串联式的构造使支撑的变形能力提高至原来的两倍,且不影响其自复位能力,支撑具有稳定饱满的滞回曲线,残余变形较小,拉压对称,累积塑性变形满足规范要求,在对应3%残余位移角幅值常幅加载下性能稳定。为研究支撑在震后二次加载下的性能,以0.2mm/s加载速率进行破坏试验,其结果表明支撑的滞回性能和耗能能力仍较为稳定,增大加载速率后支撑的耗能增大,但残余变形也有所增大,当支撑中的自复位体系发生破坏后,退化到BRB的滞回特性。(3)考虑套管长度误差,通过ABAQUS软件对串联式SC-BRB支撑进行数值分析,其结果与试验及理论值基本吻合,第一刚度与第二刚度均较为接近,说明有限元模型纳入的套管长度误差的考虑很好地模拟了支撑的加工误差,验证了有限元模型的有效性。在此基础上,探究了预拉杆尺寸、初始预张力、核心板面积等影响串联式SC-BRB支撑耗能能力和滞回性能的重要参数,并研究了支撑的多波屈曲现象。其结果表明,当预拉杆尺寸增大,提高了串联式SC-BRB支撑第二刚度和最大轴力,减小了支撑残余变形;当初始预张力增大,支撑的承载力增大,残余变形减小,自复位效果提升,核心板多波屈曲波数减小;当核心板面积增大,提高了支撑第一刚度、第二刚度和承载力,残余变形增大,自复位能力降低,耗能能力明显提升,多波屈曲的波数及在波谷处的应变减小。(4)建立能够考虑预拉杆断裂的支撑框架模型,通过Opensees软件分别分析了采用串联式SCBRB支撑的框架(以下简称串联式支撑框架)与采用非串联式SC-BRB支撑的框架(以下简称非串联式支撑框架)在设计基准地震波(Design Basis Earthquake)和最大可信地震波(Maximum Credible Earthquake)作用下的抗震性能。其结果表明,在DBE作用下,两类支撑具有相近的地震响应;在MCE作用下,非串联式SC-BRB支撑中的预拉杆达到极限应变而发生断裂,支撑退化到BRB的工作状态,使框架整体抗侧刚度降低,位移响应和残余变形增大,而串联式SC-BRB支撑仍能正常工作,震后的残余层间位移角较小,稳定耗散地震能量的同时也提升了框架的延性。