[01665833]可恢复功能的新型抗震钢结构体系

(1) 提出在无初始预应力状态下实现主体结构复位的新技术,从本质上解决传统自复位结构因依赖预应力所带来的系列关键技术与应用难题。传统自复位结构依赖于预应力,其主要目的是在震后克服结构内部已产生残余变形构件的内力以实现自复位。本项目提出与以往不同的震后复位思路,通过在地震中可能产生塑性耗能构件（金属消能单元及BRB）的两端设置带槽孔的螺栓连接,在震后修复阶段可放松螺栓预紧力,释放残余变形构件对主体结构的变形和内力约束,进而在无需初始预应力状态下仅通过复位单元的弹性恢复刚度实现结构复位。上述复位思路的转变,免除了预应力技术带来的系列问题,结构可靠性更高、构造更简单、制作更简便、成本更低、施工速度更快,BRB和金属消能单元的本构依然为工程师熟悉的双线性模型,提升了可恢复功能结构的接受度和工程应用前景。 （2） 提出新型上端悬挂式装配式梁柱组合节点,实现具备“高承载、高耗能、低损伤、易修复”多重功效的钢框架结构,解决楼板系统与主体结构之间的协调变形问题及楼板修复问题,减小楼板效应对梁柱节点抗震性能的不利作用。本项目的H型钢梁采用分段构造,悬臂梁段与柱在工厂焊接并在施工现场与中间梁段采用上端悬挂式拼接节点连接。与传统节点不同,新型组合节点的拼接位置位于梁上翼缘顶部并形成固定的旋转中心（可抗剪/拉/压力作用并保持弹性）,显著释放了楼板对节点开合变形的约束程度,有效减小楼板效应对节点的抗弯贡献和抗震性能的不利作用,并减小楼板在负弯矩下的开裂变形,提升楼板的可修复性。消能单元和复位单元可待主要竖向荷载施加到主体结构后再与梁进行装配式连接（装配前可预先安装适当抗侧力体系保持侧向稳定性）,进而在消能单元和复位单元中实现竖向内力与水平内力（由水平地震作用引起）的分离。提出消能单元与复位单元在梁截面的不同高度进行设置,可根据相应单元距离旋转中心的竖向力臂长短实现不同的变形放大效应。在小震下,消能单元和复位单元均保持弹性,在中大震下消能单元率先屈服耗能（力臂长且屈服强度低）,而复位单元（力臂短且弹性变形能力大）及主体结构保持弹性状态,实现“高承载、高耗能、低损伤”的性能目标。弹性复位单元的设置可同时增加节点的屈服后第二刚度,避免某一楼层产生变形集中现象,减小主体框架的震后残余变形,同时配合消能单元两端的开槽螺栓连接以及复位单元的弹性恢复刚度,实现“易替换、易复位”的性能目标。 （3） 提出采用低、高屈服强度的BRB抗侧力并联体系,实现不同地震动水平下的分级耗能机制,减小结构残余变形、楼层侧移变形集中现象以及震后修复成本。BRB等金属消能构件具有屈服后第二刚度低的特征,容易形成楼层侧移变形集中现象并产生较大残余变形。提出采用不同屈服强度钢材制作BRB的核心单元,且彼此并联作为抗侧力体系,与设置有组合节点的钢框架共同形成了双重抗侧力体系,实现不同地震动水平下的分级耗能机制,减少在发生频率较高的地震下进入耗能的构件数量,减少震后修复时间和成本,而后屈服构件可通过其弹性刚度减小楼层变形集中现象和震后残余变形。