[01249875]建筑结构地震倒塌机制与自复位耗能阻尼器关键技术研究

本项目研究内容及成果属于土木建筑结构领域。

历次震害调查表明地震引发的结构倒塌是人员伤亡和经济损失的主要原因，分析建筑结构地震倒塌机理并进一步提出结构减震控制方法，发展新型高效的减震装置是实现结构“大震不倒”抗震设防目标的关键。

针对上述问题，本项目以框架结构为对象，采用试验研究和理论分析相结合的方法，对框架结构的倒塌破坏机理和自复位耗能阻尼器的研发测试进行了系统研究，取得了如下研究成果：

（1）通过框架模型试验和框架结构地震倒塌显式有限元分析，重点研究材料损伤、构件破坏直至整体倒塌的演变规律，揭示框架结构地震倒塌破坏机制，特别是明确塑性铰的出现位置及分布规律。

（2）提出混凝土框架结构倒塌破坏的域分析模型，实现了对结构地震响应不确定性及建筑物抵御地震作用系统特性的综合考虑。建立可量化倒塌风险的混凝土结构抗震设计方法。

（3）研发了一种基于SMA棒的新型自复位摩擦耗能阻尼器，由SMA自复位装置和摩擦耗能装置两部分串联构成，该耗能装置可利用SMA棒的超弹性实现耗能装置的自复位，利用SMA棒的高阻尼性能与摩擦耗能装置共同作用，耗散地震能量。

在已有SMA超弹性本构模型基础上，考虑应变强化段加卸载路径的差异性以及马氏体弹性卸载段与加载段之间的刚度差异，提出SMA棒的修正超弹性本构模型;基于修正本构模型建立自复位耗能阻尼器的力学模型。

通过SMA棒的材性试验验证了提出的SMA棒超弹性本构模型准确性与可行性，并基于ABAQUS有限元分析软件对新型自复位耗能阻尼器在位移幅值、摩擦力、SMA棒预压力及其联合作用下的力学性能进行了数值模拟。

采用时程分析法对有控结构进行地震响应计算和阻尼器位置优化分析，对比减震前后结构的累积耗能分布模式和耗能机制，提出了新型自复位耗能阻尼器在框架结构减震设计方法。

本项目研究历时3年，投入研究经费15万元，在国内外学术期刊上公开发表科研论文6篇，其中SCI检索4篇，申请发明专利2项，授权实用新型专利1项，并培养硕博研究生5名，相关研究成果获得2020年度陕西省高等学校科学技术一等奖。