高层建筑自恢复耗能支撑结构抗震性能与设计理论研究结题摘要

我国地震灾害频繁、影响范围广，建筑的灾害脆弱性严重制约了城市的可持续发展，因此实现抗震韧性是对传统地震工程的一次重大突破，能够有效降低地震发生时建筑的功能损失，节省修复成本和时间。本项目以自恢复耗能支撑结构的抗震性能和功能可恢复性为研究对象，研制了新型预压弹簧自恢复耗能支撑，通过支撑构件拟静力试验，建立了能够准确描述支撑滞回特性的分段式简化模型和非线性原理模型，提出了预压弹簧自恢复耗能支撑构件设计方法；完成自恢复耗能支撑-框架子结构拟静力试验，揭示了支撑-框架子结构损伤演化与分布规律，以及不同连接方式对子结构抗震性能的影响规律；完成自恢复耗能支撑-高层钢框架结构体系抗震性能分析，提出了基于Back Propagation算法的结构中支撑设置优化方法，建立了自恢复耗能支撑-框架结构基于性能的抗震设计方法。本研究已发表期刊论文47篇，分别发表在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）及建筑结构学报、工程力学等国内外重要学术期刊上，发表会议论文2篇，其中SCI收录23篇、EI收录23篇，ISTP收录2篇；出版学术专著1部；授权国家发明专利5件、软件著作权3件；获天津市科技进步二等奖1项（第一完成人）。本项目有效推动了我国高层建筑抗震韧性理论与技术的发展与创新，对相关领域的学科发展起到了积极作用，对保障高层建筑的安全建设和运营具有重大的科学意义和广泛的应用前景。 2100433B

本项目研制一种新型预压弹簧自恢复耗能支撑构件，通过数值模拟及拟静力试验研究自恢复耗能支撑构件耗能能力、复位能力及设计参数对其性能的影响规律，建立支撑构件恢复力模型及其设计理论与方法；通过自恢复耗能支撑-框架局部子结构精细化数值模拟和拟静力试验研究子结构受力性能及局部损伤分布规律、支撑构件耗能能力及子结构复位能力，揭示支撑-框架子结构失效机制；基于多尺度建模方法研究高层建筑自恢复耗能支撑体系的抗震性能及功能可恢复性，建立自恢复耗能支撑系统与高层建筑结构一体化设计的理论与方法，对提高我国高层建筑的抗震能力提供理论依据和科学支撑，具有重大的科学意义和广泛的应用前景。

将智能材料按其特殊功能与结构相融合是实现结构自我调节功能的一条新途径，已经引起一些发达国家研究者的高度重视。为了避免传统屈服机制的钢框架节点因发生塑性变形而造成震后修复困难，需要对延性高且能变形自复位的新型节点进行研究。. 本研究将形状记记合金（SMA）与外伸端板螺栓节点相结合，提出利用SMA的超弹性构建变形自复位的梁柱节点。与采用强柱弱梁设计理念的传统梁柱节点不同，本研究节点将采用全新设计理念与构造措施，在小震作用下具有足够的强度与刚度；在大震作用下具有较好的变形能力及变形自恢复能力。本研究的具体内容是：开发一种超弹的SMA螺栓连接，在此基础上，进行自复位梁柱节点的强度、变形与破坏机理研究。通过本项目研究，要提出SMA节点的设计准则，给出强度计算公式及相关的构造建议。本研究成果对于开发自适应变形、自诊断健康和自愈合变形的新一代可持续建筑有重要价值。 2100433B