自复位SMA梁柱节点的抗震性能与设计理论研究

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

本项目拟开展超弹性形状记忆合金（SMA）增强混凝土剪力墙抗震性能和设计方法研究。通过不同循环加载条件下SMA筋力学性能试验，揭示因潜热引起的材料温度变化规律以及相应的马氏体相变机理，建立适用于工程结构地震反应分析的SMA应变率相关动态本构模型；通过低周反复加载模型试验，研究超弹性SMA混凝土剪力墙损伤破坏演化过程，揭示其损伤发生发展机理、裂缝自修复和结构自复位规律及破坏失效机理；基于有限元分析软件，建立SMA混凝土剪力墙数值分析模型，揭示材料特征参数对剪力墙损伤破坏的影响规律；在数值模拟和试验研究的基础上，提出超弹性SMA混凝土剪力墙抗震性能的评价方法，建立基于性能的简化设计方法。本项目涉及工程学、材料学和力学等多学科领域，具有学科交叉性，其研究成果对发展智能材料与高层建筑结构灾变振动控制技术具有重要的科学意义。

本课题实施了基于超弹性形状记忆合金（SMA）的钢筋混凝土剪力墙试验研究、理论分析和数值模拟。通过对不同直径的SMA棒材在不同加载条件下力学性能试验研究，分析了直径、循环加载次数、应变幅值、热处理温度对其力学性能的影响，得出大直径SMA棒材相关力学特性及本构模型；设计并制作自复位SMA-RC剪力墙模型，进行了低周往复荷载模型试验，观察并记录了SMA-RC剪力墙损伤破坏过程，分析了剪力墙的损伤发展机理，裂缝修复依据，自复位规律以及破坏失效机理，结果显示SMA-RC剪力墙具有优越的自复位能力，在地震后经过必要修复以后即可以继续使用，为建筑抗震研究提供更多依据；基于工程水泥基复合材料（ECC）的优越性，开展了SMA-ECC剪力墙低周往复荷载模型试验，依据承载力、能量耗散、刚度退化等参数对比得出不同材料对剪力墙抗震性能影响，首次提出了SMA-ECC剪力墙，弥补了国内外研究在这一点的空白；基于有限元分析软件Opensees，建立SMA-RC剪力墙数值分析模型，分析材料参数对剪力墙损伤破坏影响规律；依据模型试验和数值模拟结果，提出了自复位剪力墙抗震性能评价方法，建立了基于性能的简化设计方法。综上所述，本研究为探讨SMA-RC剪力墙的自复位机制奠定了坚实的工作基础。同时将SMA和ECC结合起来，提出并研究了具有更加优越的自复位结构，为建筑抗震研究提供了新的思路和启示。本项目涉及多学科领域，具有学科交叉性，其研究成果对发展智能材料与高层建筑结构灾变振动控制技术具有重要的科学意义。

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。