高層建筑自恢復耗能支撐結(jié)構(gòu)抗震性能與設計理論研究項目摘要

本項目研制一種新型預壓彈簧自恢復耗能支撐構(gòu)件，通過數(shù)值模擬及擬靜力試驗研究自恢復耗能支撐構(gòu)件耗能能力、復位能力及設計參數(shù)對其性能的影響規(guī)律，建立支撐構(gòu)件恢復力模型及其設計理論與方法；通過自恢復耗能支撐-框架局部子結(jié)構(gòu)精細化數(shù)值模擬和擬靜力試驗研究子結(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)復位能力，揭示支撐-框架子結(jié)構(gòu)失效機制；基于多尺度建模方法研究高層建筑自恢復耗能支撐體系的抗震性能及功能可恢復性，建立自恢復耗能支撐系統(tǒng)與高層建筑結(jié)構(gòu)一體化設計的理論與方法，對提高我國高層建筑的抗震能力提供理論依據(jù)和科學支撐，具有重大的科學意義和廣泛的應用前景。

我國地震災害頻繁、影響范圍廣，建筑的災害脆弱性嚴重制約了城市的可持續(xù)發(fā)展，因此實現(xiàn)抗震韌性是對傳統(tǒng)地震工程的一次重大突破，能夠有效降低地震發(fā)生時建筑的功能損失，節(jié)省修復成本和時間。本項目以自恢復耗能支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能和功能可恢復性為研究對象，研制了新型預壓彈簧自恢復耗能支撐，通過支撐構(gòu)件擬靜力試驗，建立了能夠準確描述支撐滯回特性的分段式簡化模型和非線性原理模型，提出了預壓彈簧自恢復耗能支撐構(gòu)件設計方法；完成自恢復耗能支撐-框架子結(jié)構(gòu)擬靜力試驗，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子結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律；完成自恢復耗能支撐-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)中支撐設置優(yōu)化方法，建立了自恢復耗能支撐-框架結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設計方法。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)學報、工程力學等國內(nèi)外重要學術期刊上，發(fā)表會議論文2篇，其中SCI收錄23篇、EI收錄23篇，ISTP收錄2篇；出版學術專著1部；授權(quán)國家發(fā)明專利5件、軟件著作權(quán)3件；獲天津市科技進步二等獎1項（第一完成人）。本項目有效推動了我國高層建筑抗震韌性理論與技術的發(fā)展與創(chuàng)新，對相關領域的學科發(fā)展起到了積極作用，對保障高層建筑的安全建設和運營具有重大的科學意義和廣泛的應用前景。 2100433B

將智能材料按其特殊功能與結(jié)構(gòu)相融合是實現(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)達國家研究者的高度重視。為了避免傳統(tǒng)屈服機制的鋼框架節(jié)點因發(fā)生塑性變形而造成震后修復困難，需要對延性高且能變形自復位的新型節(jié)點進行研究。. 本研究將形狀記記合金（SMA）與外伸端板螺栓節(jié)點相結(jié)合，提出利用SMA的超彈性構(gòu)建變形自復位的梁柱節(jié)點。與采用強柱弱梁設計理念的傳統(tǒng)梁柱節(jié)點不同，本研究節(jié)點將采用全新設計理念與構(gòu)造措施，在小震作用下具有足夠的強度與剛度；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，在此基礎上，進行自復位梁柱節(jié)點的強度、變形與破壞機理研究。通過本項目研究，要提出SMA節(jié)點的設計準則，給出強度計算公式及相關的構(gòu)造建議。本研究成果對于開發(fā)自適應變形、自診斷健康和自愈合變形的新一代可持續(xù)建筑有重要價值。 2100433B