可更換損傷元鋼框架結構抗震機理與設計方法

《可更換損傷元鋼框架結構抗震機理與設計方法》是依託同濟大學，由陳以一擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：可更換損傷元鋼框架結構抗震機理與設計方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳以一
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

本項目著眼於建築結構抗震性能要求提升為功能可恢復、損傷元件可更換的發展趨勢，研究由主結構和可更換損傷元組成的鋼框架體系，其特徵為損傷元將構件承重功能與耗能功能集於一體。研究3種類型可更換損傷元的耗能機制、變形能力和構造參數，改進、提升其耗能能力，防止過早失穩和開裂。研究地震作用下鋼框架從無損傷狀態，損傷控制狀態，更換損傷元後的恢復狀態，至損傷超越狀態的演化全過程，綜合地震回響數值分析和振動台實驗，揭示結構動力特徵，損傷機制、恢復力機制，檢驗和確立滿足損傷元可更換性的殘餘位移閾值。提出能夠實現結構預設性態設計目標的要素配置方法和設計原則，重點解決地震過程中損傷元與主結構的變形相容問題，在兩者性能配合上探索新的策略。研究成果將有助於建立相應技術體系，使普通建築結構能以較低代價實現預期地震作用下的可恢復性能。

結題摘要

工程結構抗震設計的一個重要發展趨勢是從防止結構倒塌轉向結構功能可維持、可恢復。在地震作用下實現主要承載構件的免損傷或微損傷性能、以及地震作用後整體結構實現低殘餘變形是結構可恢復性的核心要求。本課題通過在鋼框架結構中配置兼具承載和耗能能力的損傷元，利用結構體系中自身的主框架彈性恢復力，期望以較小的經濟代價和相對簡便的更換操作性實現鋼框架震後的可更換性。從我國國情出發，在框架體系中採用既可承載又具有優良耗能能力的損傷元，提高結構的可恢復性仍是較為可行的方法。提出並研究了可更換區段耗能梁、弧線角撐、開孔式斜縫鋼板剪力牆的3種類型損傷元，研究了其構造參數與耗能能力、變形能力等關鍵指標的關聯，建立了相應的力學模型和設計方法。提出了可更換跨-主框架跨的複合鋼框架結構體系形式，以在結構遭遇設防烈度甚至大震水平的地震後能實現損傷控制、降低殘餘變形、損傷元易於更換等目標。試驗研究表明，損傷元能起到先行集中損傷，保護其他構件的作用，且更換損傷元的操作簡便、可行；可更換跨-主框架跨複合鋼框架的結構體系形式中，損傷先行集中於可更換跨的損傷機制可行，主框架跨具備有效的彈性恢復力，震後結構體系沒有明顯的殘餘變形；提出了鋼框架結構的損傷控制設計方法和考慮多屈服時序的推覆分析方法。研究成果可促進我國鋼結構抗震技術的發展，促進超高強度結構鋼材在抗震區建築結構中的套用，使普通建築結構能以較低代價實現預期地震作用下的可恢復性，減少震後經濟損失，為相應設計規範、標準的制定提供可參考的科學依據，具有重要的理論意義和工程實用價值。