摇摆结构及自复位结构研究综述

放松结构与基础间约束或构件间约束,使结构与基础或构件间接触面处仅有受压能力而无受拉能力,则结构在地震作用下发生摇摆,通过自重或预应力使结构复位,形成摇摆结构及自复位结构。已有研究表明,结构的摇摆降低了地震作用和结构本身的延性设计需求,减小了地震破坏,节约了结构造价。本文首先回顾了摇摆及自复位结构的发展历史,简要介绍了摇摆及自复位结构的基本原理,综述了摇摆桥墩、摇摆及自复位钢筋混凝土框架结构、摇摆及自复位钢框架结构、摇摆及自复位剪力墙结构、摇摆框架－核心筒结构等不同结构体系的发展现状,总结了摇摆及自复位结构发展趋势,并指出后张预应力和消能减震等多种技术的联合应用为摇摆及自复位结构的未来发展方向之一。     

自复位结构抗震性能研究综述

自复位结构体系是为了使结构在地震后不发生破坏或破坏发生在可更换构件上,以保证地震后结构较快恢复使用功能而提出的。阐述了自复位结构抗震性能研究的重要性和自复位结构体系的组成及其分类,分别介绍了放松柱脚与基础间约束的自复位摇摆结构、放松梁柱间约束的横向自复位框架结构、自复位耗能支撑及自复位支撑框架的抗震性能最新研究进展。表明将摇摆技术应用于结构并在摇摆(开合)界面设置耗能减震元件能有效提高结构的抗震性能,将损伤控制在可更换的耗能元件上,减小主体结构震后残余变形。由于地震作用的不确定性,自复位结构在不同水准地震下的破坏模式、极限状态还需进一步研究,对于工程实际的应用,提出一种有效的自复位结构抗震设计方法也十分迫切。     

双摇摆界面自复位墙高层结构三维建模及其抗震性能分析研究

预制混凝土自复位墙在强震下具有结构损伤低、残余位移小等优越性能。然而既有研究主要关注底部摇摆机制的低层自复位墙结构,尚未过多考虑高层自复位墙结构及其高阶振型响应效应。因此,本文提出采用双摇摆界面的自复位墙高层结构,以减轻其高阶振型响应。以一幢10层自复位墙结构为例,采用双摇摆机制,并采用考虑高阶振型的直接基于位移设计方法对该结构进行了设计。结构同时考虑两种耗能机制,即耗能钢筋和U形钢阻尼器。非线性时程分析结果表明：附加第二摇摆界面可显著减小自复位墙上部结构的地震响应。采用沿结构高度均匀分布的U形钢阻尼器,可显著提高结构阻尼耗能并减小其侧移。本文研究将为推广自复位墙体系在高层建筑中的应用提供参考。     

不同SCED参数下自复位耗能摇摆柱的滞回性能分析

自复位耗能摇摆柱由摇摆柱、四根小型自复位耗能支撑(SCED)和预埋连接件构成。SCED对自复位耗能摇摆柱的耗能性能有重要作用,因此,研究SCED的不同参数是有必要的。利用Open Sees软件建立自复位耗能摇摆柱的有限元模型并进行了不同SCED参数下的滞回性能分析。分析表明:在几个关键参数进行一定幅度的调整时,自复位耗能摇摆柱仍具有良好的自复位性能;SCED的第一刚度对自复位耗能摇摆柱的抗侧承载力和耗能性能影响较小;随着第二刚度、摩擦力及初始预应力的增大,其承载力和耗能能力也增大。     

双跨摇摆自复位结构的抗震性能研究

利用OpenSees有限元软件建立了具有相同框架部分的双跨摇摆自复位结构模型和普通框架结构模型,并对其进行静力弹塑性分析和弹塑性时程分析。通过对比两种结构的承载能力、变形和结构耗能,得出双跨摇摆自复位结构具有震后残余变形小、抗震性能良好和结构可恢复等优点。分析结果表明:双跨摇摆自复位结构能够保证其在地震作用后仅替换耗能器后继续使用,为震后结构的修复节省了成本,具有很好的工程应用前景。     

装配式自复位摇摆钢框架的恢复力模型

传统的钢框架结构在强烈地震作用下梁端和柱脚通常会出现塑性铰,导致结构产生较大的塑性变形。为此,提出了一种装配式自复位摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理,通过理论分析建立了该结构的恢复力模型。设计了单层和双层的传统钢框架结构模型和装配式自复位摇摆钢框架结构模型,通过有限元软件ABAQUS对结构模型的滞回性能进行了有限元分析。对比研究表明：采用所建立恢复力模型的计算结果与有限元分析结果吻合较好,验证了恢复力模型的正确性;装配式自复位摇摆钢框架模型在循环荷载作用下滞回曲线为旗帜形,具有良好的自复位性能;当加载至层间位移角0.02rad时,装配式自复位摇摆钢框架的梁柱节点和柱脚无塑性铰出现,结构基本无损伤,而传统钢框架结构受损严重。     

自复位预制混凝土结构体系研究进展

自复位体系是指放松建筑结构与基础间或构件间的约束、以自重或预应力筋实现自恢复能力的体系。自复位预制混凝土结构具备预制结构工业化生产与损伤变形可控的特点,其应用前景广泛。在调查与分析的基础上,综述了自复位预制预应力混凝土框架、自复位预制预应力混凝土剪力墙、摇摆混凝土结构3种结构体系的研究现状,并对自复位预制混凝土结构体系研究的发展作出了展望。     

自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法

本文提出一种可恢复功能结构体系——自复位支撑-摇摆框架结构体系，旨在同时实现较大刚度、自复位能力以及构件间的变形协调。针对可恢复功能结构体系防震能力强的特点，已建立了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏，大震可更换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防四水准目标。文中结合可恢复功能结构体系四水准性能指标，采用基于位移的抗震设计方法，进行了自复位支撑-摇摆框架结构设计。以一幢四层结构为例，给出了四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例，并建立了ABAQUS有限元数值模型，进行了弹塑性时程分析。分析结果表明，按文中方法设计的自复位支撑-摇摆框架体系可满足可恢复功能结构体系抗震设防目标，达到各性能指标要求。     

震后可恢复功能木结构研究进展

震后可恢复功能概念引入木结构已成为近年来国际木结构抗震工程研究的热点。可恢复功能木结构体系主要包括自复位木框架结构和摇摆木剪力墙结构,研究表明,带有耗能机制的自复位及摇摆木结构具有很好的抗震性能,结构在震后无损伤或损伤很小,无需修复或稍加修复即可快速恢复使用。阐述了自复位木框架结构和摇摆木剪力墙结构的工作原理,对国内外的研究进展进行总结,综述了木结构中的预应力损失、结构损伤控制的研究成果以及可恢复功能木结构的设计方法。介绍了两个可恢复功能木结构工程案例和可恢复功能木结构的研究趋势,提出了对于耗能件设计、减少预应力损失、结构设计方法以及结构性能评估方法的热点研究方向。     

摇摆耗能自复位钢结构研究发展

在国内外关于摇摆耗能钢结构体系研究成果的基础上,对其结构体系与受力特点进行总结分析：主要有节点摇摆耗能和整体摇摆耗能,试验研究表明,摇摆耗能自复位钢框架具有震后残余变形小、抗震性能良好、结构可恢复等优点,具有很好的工程应用前景。     

自复位耗能支撑研究综述与展望

自复位耗能支撑具有良好的复位和耗能能力,能够控制结构地震响应、减小结构震后残余位移角,同时为结构提供附加耗能能力,降低主体结构的损伤。自复位耗能支撑凭借其抗震性能优越和施工安装便捷等特点,成为可恢复功能结构的研究热点之一。在回顾了自复位阻尼器装置研究的基础上,阐述了初代自复位耗能支撑的基本组成和工作原理,总结其相关试验研究。以改善初代自复位耗能支撑的工作性能为目标,归纳了近10余年自复位耗能支撑在提高轴向伸长能力、创新耗能装置、降低预应力水平三个方面的研究进展和成果,分析了目前存在的动力可靠性和不确定性研究不足、滞回性能有待进一步改善、复位材料使用受限等问题,并指出自复位耗能支撑的未来研究方向。     

基于性能的自复位钢框架震后功能恢复能力量化分析

自复位结构由于具有较好的抗震性能,近年来得到学者的广泛关注。目前对自复位结构体系的抗震性能评估仍然集中在结构的最大层间位移角、楼层的峰值加速度和残余层间位移角等,而对该结构体系的综合抗震性能评估较少,因此基于功能恢复能力的概念,以自复位耗能支撑钢框架和自复位屈曲约束支撑钢框架为例,对两种结构分别进行增量动力分析,得到结构体系的地震易损性曲线。进而计算结构的直接经济损失,基于地震损失评估模型,评估结构体系震后的恢复时间和总损失。最后,采用三种不同的功能恢复函数模型,对比分析了两种自复位结构震后功能恢复能力,为自复位结构体系的抗震性能分析提供参考。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形，提高震后快速恢复能力。将自复位体系与胶合木框架结构相结合，是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一。为此，提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法，并对自复位结构(self-centering structure)进行抗震性能评估。通过对两种构造的自复位节点（无耗能件节点和带特制角钢耗能件节点）进行拟静力试验。依据试验结果提出节点设计流程，并以一栋三层自复位胶合木框架结构为算例，采用OpenSees建立了算例的简化数值模型。对算例进行了两方面的抗震性能评估，一方面通过弹塑性动力时程分析，验证结构设计流程的可行性；另一方面，进行最大层间位移角与残余层间位移角的地震易损性分析。易损性分析结果表明，相比传统胶合木框架结构，依据所提流程设计的自复位胶合木框架结构，可以显著减小结构残余变形。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形,提高震后快速恢复能力.将自复位体系与胶合木框架结构相结合,是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一.为此,提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法,并对自复位结构(self-centering struct...     

自复位剪力墙结构四水准抗震设防下基于位移抗震设计方法

与传统剪力墙结构体系相比,自复位剪力墙结构体系在地震作用下,会将材料非线性问题转为体系非线性问题,具有整体变形能力强、残余位移小的特点,因此,亟需针对自复位剪力墙结构,提出具有更高抗震设防要求的抗震设防目标以及相应的设计方法。基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标,与2015年颁布的第五代《中国地震动参数区划图》相适应,提出了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌”抗震设防四水准目标。采用了基于位移的抗震设计方法进行自复位剪力墙结构设计。以一幢自复位剪力墙结构为例,给出四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例,并对其进行弹塑性时程分析,验证了所提出的四水准抗震设防目标下基于位移抗震设计方法的有效性,该方法也适用于其他可恢复功能结构体系设计。     

自复位墙防震结构基于力设计方法研究

自复位墙防震结构作为典型的可恢复功能结构,具有变形能力强、结构损伤小等特点,可显著减少建筑结构的震后修复费用。现有研究对自复位墙防震结构一般采用基于位移设计方法进行设计,而先结构选型、后位移校核的基于力设计方法尚未形成。为此,提出了自复位墙防震结构基于力设计方法,以规范中规定的地震影响系数曲线为依据,考虑了多水准抗震设防时结构的最大层间位移角限值要求。以一幢6层自复位墙防震结构为例,采用有限元分析进行了基于力设计方法的位移验算有效性验证,并基于理论推导,对基于力设计方法和基于位移设计方法进行了对比,证明了两种设计方法理论基础的一致性。研究表明,基于力设计方法可作为对基于位移设计方法的补充,满足自复位墙防震结构的设计需求。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

支撑框架结构中支撑形式综述

对国内外支撑框架结构中的支撑形式进行回顾和比较,主要介绍7类支撑（中心支撑、偏心支撑、斜隅支撑、防屈曲支撑、附设耗能器支撑、自复位支撑和索系支撑）的基本原理、研究现状和存在的问题,在总结的基础上提出各类支撑的相互关系和应用范围。