高層建筑自恢復(fù)耗能支撐結(jié)構(gòu)抗震性能與設(shè)計(jì)理論研究

我國地震災(zāi)害頻繁、影響范圍廣，建筑的災(zāi)害脆弱性嚴(yán)重制約了城市的可持續(xù)發(fā)展，因此實(shí)現(xiàn)抗震韌性是對(duì)傳統(tǒng)地震工程的一次重大突破，能夠有效降低地震發(fā)生時(shí)建筑的功能損失，節(jié)省修復(fù)成本和時(shí)間。本項(xiàng)目以自恢復(fù)耗能支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能和功能可恢復(fù)性為研究對(duì)象，研制了新型預(yù)壓彈簧自恢復(fù)耗能支撐，通過支撐構(gòu)件擬靜力試驗(yàn)，建立了能夠準(zhǔn)確描述支撐滯回特性的分段式簡(jiǎn)化模型和非線性原理模型，提出了預(yù)壓彈簧自恢復(fù)耗能支撐構(gòu)件設(shè)計(jì)方法；完成自恢復(fù)耗能支撐-框架子結(jié)構(gòu)擬靜力試驗(yàn)，揭示了支撐-框架子結(jié)構(gòu)損傷演化與分布規(guī)律，以及不同連接方式對(duì)子結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律；完成自恢復(fù)耗能支撐-高層鋼框架結(jié)構(gòu)體系抗震性能分析，提出了基于Back Propagation算法的結(jié)構(gòu)中支撐設(shè)置優(yōu)化方法，建立了自恢復(fù)耗能支撐-框架結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法。本研究已發(fā)表期刊論文47篇，分別發(fā)表在ASCE-Journal of Structural Engineering/Journal of Engineering Mechanics（IF=2.528/2.264）、Smart Materials and Structures（IF=3.543）、Earthquake Engineering & Structural Dynamics（IF=3.419）、Engineering Structures（IF=3.084）、Thin-Walled Structures（IF=3.488）及建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)、工程力學(xué)等國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊上，發(fā)表會(huì)議論文2篇，其中SCI收錄23篇、EI收錄23篇，ISTP收錄2篇；出版學(xué)術(shù)專著1部；授權(quán)國家發(fā)明專利5件、軟件著作權(quán)3件；獲天津市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（第一完成人）。本項(xiàng)目有效推動(dòng)了我國高層建筑抗震韌性理論與技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展起到了積極作用，對(duì)保障高層建筑的安全建設(shè)和運(yùn)營具有重大的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。 2100433B

本項(xiàng)目研制一種新型預(yù)壓彈簧自恢復(fù)耗能支撐構(gòu)件，通過數(shù)值模擬及擬靜力試驗(yàn)研究自恢復(fù)耗能支撐構(gòu)件耗能能力、復(fù)位能力及設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其性能的影響規(guī)律，建立支撐構(gòu)件恢復(fù)力模型及其設(shè)計(jì)理論與方法；通過自恢復(fù)耗能支撐-框架局部子結(jié)構(gòu)精細(xì)化數(shù)值模擬和擬靜力試驗(yàn)研究子結(jié)構(gòu)受力性能及局部損傷分布規(guī)律、支撐構(gòu)件耗能能力及子結(jié)構(gòu)復(fù)位能力，揭示支撐-框架子結(jié)構(gòu)失效機(jī)制；基于多尺度建模方法研究高層建筑自恢復(fù)耗能支撐體系的抗震性能及功能可恢復(fù)性，建立自恢復(fù)耗能支撐系統(tǒng)與高層建筑結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的理論與方法，對(duì)提高我國高層建筑的抗震能力提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐，具有重大的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。

將智能材料按其特殊功能與結(jié)構(gòu)相融合是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自我調(diào)節(jié)功能的一條新途徑，已經(jīng)引起一些發(fā)達(dá)國家研究者的高度重視。為了避免傳統(tǒng)屈服機(jī)制的鋼框架節(jié)點(diǎn)因發(fā)生塑性變形而造成震后修復(fù)困難，需要對(duì)延性高且能變形自復(fù)位的新型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究。. 本研究將形狀記記合金（SMA）與外伸端板螺栓節(jié)點(diǎn)相結(jié)合，提出利用SMA的超彈性構(gòu)建變形自復(fù)位的梁柱節(jié)點(diǎn)。與采用強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)理念的傳統(tǒng)梁柱節(jié)點(diǎn)不同，本研究節(jié)點(diǎn)將采用全新設(shè)計(jì)理念與構(gòu)造措施，在小震作用下具有足夠的強(qiáng)度與剛度；在大震作用下具有較好的變形能力及變形自恢復(fù)能力。本研究的具體內(nèi)容是：開發(fā)一種超彈的SMA螺栓連接，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行自復(fù)位梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、變形與破壞機(jī)理研究。通過本項(xiàng)目研究，要提出SMA節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，給出強(qiáng)度計(jì)算公式及相關(guān)的構(gòu)造建議。本研究成果對(duì)于開發(fā)自適應(yīng)變形、自診斷健康和自愈合變形的新一代可持續(xù)建筑有重要價(jià)值。 2100433B