基于高强钢和“保险丝”连接板的高弹性抗震框架结构关键问题研究

Two thirds of the Chinese large cities, which are characterized by a population of over a million, are located in the earthquake-prone area with an high seismic scale of seven or greater. Hence, the continuous use of important urban buildings after major earthquakes plays an important role in the disaster mitigation and post-disaster reconstruction. In this project, a highly elastic structural system that enables continuous use after major earthquakes is proposed, by making full use of the large elastic deformation capacity of high-strength steel and the damage control function of fuse element. Numerical simulation, experimental study and theoretical analyses are conducted to address the basic key research issues at the following three levels, “fuse” plate, highly elastic steel frame and the entire structural system. The research contents include: (1) study on the mechanical performance, simulation model and design methodology of the “fuse” plate; (2) study on the elastic deformation capacity of the frame and the method of damage control; (3) study on the numerical models, performance control, design theory and safety margin of the structural system. The expected outcomes of the project are to achieve the design methodology and key techniques for the target structural system, set up the related theories and numerical models, and finally promote the application of high-strength steel and new high performance structural systems.

我国2/3百万以上人口大城市位于7度及7度以上的高地震烈度区，确保城市重要建筑大震后功能不中断对抗震减灾、灾后重建具有重要意义。本项目利用高强钢卓越的高弹性变形能力和“保险丝”连接板的损伤控制功能，提出一种可实现大震后功能不中断的高弹性结构体系。本项目采用数值模拟、试验研究和理论分析相结合的研究方法，对“保险丝”连接板、高弹性钢框架和结构体系三个层次关键性、基础性的问题进行研究。研究内容包括：（1）“保险丝”连接板力学性能、计算模型与设计方法研究；（2）高弹性钢框架弹性变形能力与损伤控制研究；（3）结构体系数值模型、性能控制、设计理论、以及安全储备研究。本项目的完成将获得基于高强钢的高弹性框架结构的设计方法和关键技术，建立相关的计算分析理论与数值模型，使新型结构体系能够走向实际工程应用，推动高强钢的应用和新型抗震结构体系的发展。

我国百万以上人口大城市三分之二位于7度及7度以上的高地震烈度区，确保城市重要建筑在遭受罕遇地震后功能不中断对防灾减灾、灾后重建具有重要意义。本项目利用高强钢卓越的高强、高弹性变形能力、“保险丝”构件的损伤控制功能和阻尼器的消能作用，提出一种可实现大震后功能不中断的高弹性结构体系。.本项目采用数值模拟、试验研究和理论分析相结合的研究方法，对“保险丝”连接板、高弹性钢框架和结构体系三个层次关键性、基础性的问题进行研究。研究内容包括：（1）“保险丝”连接板力学性能、计算模型与设计方法研究；（2）高弹性钢框架弹性变形能力与损伤控制研究；（3）结构体系数值模型、性能控制、设计理论、以及安全储备研究。. 本项目的主要进展和成果包括：（1）完成了11个带“保险丝”高强钢梁柱连接节点抗震性能试验与5个足尺子结构往复试验，对保险丝的行为进行了广泛的考察与验证。本项目提出的结构体系在层间位移角3%下无需更换损伤控制“保险丝”，在层间位移角5%以内主体结构无损伤；（2）提出了5种损伤控制“保险丝”，并给出了保险丝的构造方法、力学模型、破坏机理与数值仿真模型（包括集中塑性铰模型与纤维模型）；（3）提出了考虑“保险丝”作用效应的局部精细实体有限元模型与结构整体模型，分别在部件和结构体系两个层次进行了大量参数分析。融合理论分析与数值仿真结果，建立了“保险丝”阈值、高强钢框架层间变形临界值与整个结构体系功能可恢复性的设计方法。 . 本项目针对带损伤控制“保险丝”的高强钢减震结构体系而建立的构造方法、基本理论、设计方法与数值模型，对高强钢材料与新型结构体系走向工程应用具有积极推动作用，为确保城市重要建筑震后功能不中断提供了一种有效实现方法。

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