新型自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系研究進(jìn)展

韓建平王曉燕

（1．蘭州理工大學(xué)甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，蘭州730050；2．蘭州理工大學(xué)西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心，蘭州730050）

新型自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系研究進(jìn)展

韓建平1，2，王曉燕1，2

（1．蘭州理工大學(xué)甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，蘭州730050；2．蘭州理工大學(xué)西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心，蘭州730050）

摘 要自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系不僅可減少甚至消除結(jié)構(gòu)震后的殘余變形，還可聯(lián)合消能減震裝置增加結(jié)構(gòu)耗散地震能量的能力，因而具有很好的工程應(yīng)用前景。在對自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成與特點進(jìn)行簡單介紹的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地對已經(jīng)提出的多種新型自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行歸類總結(jié)，重點從自復(fù)位鋼框架體系、自復(fù)位鋼框架支撐體系、自復(fù)位鋼板剪力墻體系以及自復(fù)位消能減震裝置4個方面闡述了不同結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造形式、基本原理及其研究現(xiàn)狀，最后指出了自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中需進(jìn)一步研究的問題。

關(guān)鍵詞自復(fù)位，消能，預(yù)應(yīng)力，殘余變形，鋼結(jié)構(gòu)

State of the art of New Self centering Steel Structural Systems

HAN Jianping1，2，WANG Xiaoyan1，2
（1．Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation in Civil Engineering of Gansu Province，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China；2．Western Engineering Research Center of Disaster Mitigation in Civil Engineering of Ministry of Education，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China）

Abstract Self－centering steel structural systems not only can reduce even eliminate the post-earthquake residual deformation，but also can increase the energy dissipation capacity by combining with the energy-dissipation devices．Therefore，this type of systems are promising for engineering application．Components and basic characteristics of the self-centering steel structural systems were introduced briefly．New proposed self-centering steel structural systems were categorized as self-centering steel frame system，self-centering steel braced-frame system，self-centering steel plate shear wall system and self-centering energy-dissipation devices．Configurations，rationale and current research status of each system were summarized detailedly．Further research issues that are necessary for the development of self-centering steel structural systems are recommended．

Keywords self-centering，energy dissipation，pre-stress，residual deformation，steel structures

1 引 言

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系通過自身材料特性和結(jié)構(gòu)變形來抵抗地震動，耗散地震能量，可能震后沒有倒塌但卻往往有很大的殘余變形，或者在結(jié)構(gòu)的某些薄弱部位發(fā)生脆性破壞。這些變形以及破壞，增加了震后結(jié)構(gòu)加固及修復(fù)的難度。1994年美國Northridge地震和1995年日本Kobe地震中，鋼結(jié)構(gòu)焊接梁柱節(jié)點出現(xiàn)了大量的脆性破壞，北嶺地震及震后修復(fù)造成了超過150億美元的損失，這使得人們不得不重新審視并尋求更好的鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點［1－2］。

基于此，Ricles等設(shè)計了一種具有自復(fù)位（Self-Centering，SC）能力的鋼框架梁柱節(jié)點——后張預(yù)應(yīng)力節(jié)點（Post-Tensioned Connection，PT Connection）。研究表明，采用后張預(yù)應(yīng)力節(jié)點的鋼框架具有足夠的強度、剛度、延性及自復(fù)位能力，經(jīng)歷很大變形后仍能保證梁柱不損傷，結(jié)構(gòu)幾乎沒有殘余變形，這種結(jié)構(gòu)不僅具有良好的抗震性能，還減少了震后結(jié)構(gòu)的修復(fù)難度［3－4］。近幾年，國內(nèi)外研究者們紛紛致力于自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)研究，提出了自復(fù)位鋼框架、自復(fù)位鋼框架－支撐、自復(fù)位鋼板剪力墻等結(jié)構(gòu)體系，也開發(fā)研究了具有自復(fù)位能力的消能減震裝置。

國內(nèi)從2010年起開始自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系的研究。郭彤等介紹了自定心（自復(fù)位）鋼框架抗震性能的研究進(jìn)展，并進(jìn)行了自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點的試驗研究工作［1，5－7］。潘振華等在國內(nèi)外關(guān)于自復(fù)位新型鋼結(jié)構(gòu)體系研究的基礎(chǔ)上，對其結(jié)構(gòu)體系與受力特點進(jìn)行了總結(jié)與分析，并模擬分析了一種具有自復(fù)位能力的鋼框架節(jié)點的力學(xué)性能［8－9］。呂西林等提出了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的新概念——可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)，周穎等綜述了搖擺結(jié)構(gòu)和自復(fù)位結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展［10－11］。劉璐等提出了一種自復(fù)位防屈曲支撐，并對其進(jìn)行了擬靜力試驗研究［12］。

本文在對自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成進(jìn)行簡要分析的基礎(chǔ)上，重點對國外近幾年提出的新型自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系，包括自復(fù)位鋼框架體系、自復(fù)位鋼框架－支撐體系、自復(fù)位鋼板剪力墻體系、自復(fù)位消能減震裝置，圍繞各體系的構(gòu)造形式、基本原理和研究現(xiàn)狀等方面進(jìn)行綜述，最后指出自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中需進(jìn)一步深入研究的問題。

2 自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成及基本特征

周穎等將自復(fù)位結(jié)構(gòu)定義為：如果放松約束的結(jié)構(gòu)在地震作用下首先發(fā)生一定的彎曲變形，超過一定限值后發(fā)生搖擺，通過預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)回復(fù)到原有位置的結(jié)構(gòu)［11］。自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系需具備三部分：①可發(fā)生搖擺的連接或構(gòu)件，如梁柱連接節(jié)點；②復(fù)位元件，如預(yù)應(yīng)力鋼絞線、形狀記憶合金（Shape Memory Alloy，SMA）等；③耗能元件或裝置，如角鋼、耗能鋼筋、阻尼器等。結(jié)構(gòu)自復(fù)位的實現(xiàn)，這三部分缺一不可。在傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)（已有耗能元件）的基礎(chǔ)上，放松結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)或連接處的約束，加入復(fù)位元件，使結(jié)構(gòu)的滯回曲線呈現(xiàn)“旗型”，則形成自復(fù)位結(jié)構(gòu)［11，13－14］。同時，若改變其中一個或多個組成部分的形式或材料，即可形成文中所述不同的新型自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系。如根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特征，改變放松約束的位置；通過開發(fā)高性能材料，選擇適合結(jié)構(gòu)體系的預(yù)應(yīng)力材料；在結(jié)構(gòu)體系中加入不同的耗能元件或裝置。不同的自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系歸根結(jié)底是三種基本組成部分結(jié)合的產(chǎn)物。

自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系具有以下基本特征：

（1）以傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以預(yù)應(yīng)力為途徑，以減少甚至消除結(jié)構(gòu)的殘余變形和增加結(jié)構(gòu)的耗能能力為目標(biāo)；

（2）可根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震需求，通過改變復(fù)位元件與耗能元件或裝置而調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，使結(jié)構(gòu)具有不同的自復(fù)位能力；

（3）結(jié)構(gòu)的塑性變形及破壞集中在耗能元件或裝置，可保證主體結(jié)構(gòu)（梁、柱）保持彈性，減少結(jié)構(gòu)震后修復(fù)的難度；

（4）耗能部分可實現(xiàn)可更換，減少結(jié)構(gòu)震后修復(fù)困難與周期；

（5）自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)形式多樣，大部分構(gòu)件可在工廠預(yù)制加工，減少了現(xiàn)場焊接的麻煩。

當(dāng)然，后張預(yù)應(yīng)力節(jié)點需要現(xiàn)場張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線，同時為減少預(yù)應(yīng)力損失，提高了對鋼絞線錨固的需求。

3 自復(fù)位鋼框架體系

3．1 自復(fù)位鋼節(jié)點

自后張預(yù)應(yīng)力節(jié)點——PT節(jié)點提出后，研究者們開始探究PT節(jié)點的構(gòu)造、力學(xué)性能與設(shè)計方法等，并進(jìn)行了大量的試驗與分析研究，主要集中于：①PT節(jié)點的參數(shù)分析［8，12］；②在PT節(jié)點中引入不同的耗能元件，如角鋼、耗能鋼筋及摩擦件等［4－7，15－20］。特別地，文獻(xiàn)［15－20］將摩擦件分別置于梁的上下翼緣、只置于下翼緣和置于梁腹板處，形成了具有不同力學(xué)性能的PT節(jié)點，也提出了更適用于框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點形式。文獻(xiàn)［1，2，8，10－11，21］已對自復(fù)位鋼框架節(jié)點做了較為系統(tǒng)完整的綜述。

3．2 自復(fù)位鋼框架的框架擴展特性

近年來，自復(fù)位鋼框架（Self-Centering Moment-Resisting Frame，SC MRF）的研究重點已逐漸從節(jié)點轉(zhuǎn)移至整體結(jié)構(gòu)體系上。在地震作用下，SC MRF通過PT節(jié)點繞梁上、下翼緣的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自復(fù)位與耗能，但由于PT節(jié)點的繞動，梁柱接觸面交替開合，引起SC MRF擴展（frame expansion）現(xiàn)象，此現(xiàn)象對自復(fù)位鋼框架體系的設(shè)計是不可忽略的，這就要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的特殊設(shè)計來與框架擴展協(xié)調(diào)變形或者完全消除框架擴展現(xiàn)象。

一方面，研究者們提出了特殊的樓板體系設(shè)計以協(xié)調(diào)框架擴展變形。2007年，Garlock等提出通過集合梁（collector elements）將PT框架與樓板體系連接，集合梁可將樓面慣性力傳遞給抗側(cè)力框架［22］。這種體系中，僅以集合梁代表樓板體系。Garlock等提出了考慮樓板體系對框架影響的PT鋼框架基于性能的抗震設(shè)計方法，分析了樓板強度、剛度以及集合梁數(shù)量等對SC MRF地震響應(yīng)的影響，提出了表征樓板體系對框架梁內(nèi)力影響的方程表達(dá)式，并討論了將該連接措施應(yīng)用于工程實際應(yīng)考慮的問題［23］。2011年，Chou等提出了圖1所示的可滑移組合樓板的樓板連接方案以消除樓板對SC MRF擴展的約束［24－25］。該方案中，PT框架的框架柱為預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土組合柱，梁為鋼梁。對于兩跨的PT框架，壓型鋼板組合樓板僅與其一跨剛性連接，而在PT框架的另一跨與樓板次梁的連接處安裝滑移裝置，樓板再與次梁剛接，以允許PT框架與樓板體系的相對滑移。文中對包含一榀PT框架、兩榀重力框架（gravity frame）的單層2×2跨的縮尺模型進(jìn)行了振動臺試驗，主要研究了樓板對框架擴展的影響、模型結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)及PT梁中的壓力變化。試驗結(jié)果表明，試件具有自復(fù)位能力，殘余變形僅為0．01%。不同于僅采用PT節(jié)點的自復(fù)位鋼框架體系，上述PT框架的框架柱沒有采用固定基礎(chǔ)，而是放松柱底基礎(chǔ)，利用預(yù)應(yīng)力鋼筋將框架柱與基礎(chǔ)夾緊。這一做法是基于柱的約束條件來影響自復(fù)位框架的地震響應(yīng)，因為限制自復(fù)位鋼框架擴展的因素除了樓板還有柱，而且當(dāng)柱底固定時框架底層的殘余變形較大。

圖1　樓板體系詳圖［25］Fig．1 Details of the slab system［25］

除此之外，2009年，Kim等提出了考慮框架擴展因素的裝有摩擦耗能裝置的PT框架的設(shè)計方法，并將其推廣運用于其它自復(fù)位框架結(jié)構(gòu)體系［26］。2010年，Chou等提出了一種計算柱抗彎剛度與梁內(nèi)壓力大小的分析方法并對其進(jìn)行了驗證，該方法模擬了與各層梁柱節(jié)點開口相協(xié)調(diào)的柱變形模式［27］。由于柱變形模式取自于低層鋼框架的柱變形，所以該方法僅適用于中低層和低層結(jié)構(gòu)。另外，Chou等將自復(fù)位技術(shù)同時應(yīng)用于節(jié)點與框架柱，即形成PT節(jié)點和PT柱，對PT框架進(jìn)行了構(gòu)件試驗。同時對試件的PT節(jié)點和PT柱底采用轉(zhuǎn)動彈簧模型提出試件的三維分析模型。采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的方法，研究了柱底約束對框架抗震性能的影響，結(jié)果表明，PT框架的底層殘余變形減小而最大層位移增大，相比于柱底固定，PT框架中柱對底層樓板的約束大大減?。?8］。

另一方面，研究者們提出了不產(chǎn)生框架擴展現(xiàn)象的自復(fù)位鋼框架體系。2011年，在自復(fù)位鋼板剪力墻的研究中，Dowden等提出了如圖2所示的兩種新型節(jié)點：繞梁中心線轉(zhuǎn)動的PT節(jié)點與New Z-BREAKSS節(jié)點［29－30］。

圖2　SC SPSW的兩種新型PT節(jié)點［30］Fig．2 Two types of PT connection of SC SPSW［30］

這兩種節(jié)點同樣可以應(yīng)用于SC MRF中。與繞梁翼緣轉(zhuǎn)動的節(jié)點不同，這兩種節(jié)點的預(yù)應(yīng)力鋼絞線均在梁跨內(nèi)截斷。而且，在這兩種節(jié)點中，梁柱接觸面間預(yù)留有一定間距以供節(jié)點受力時繞動，不會額外增加柱間間距而使框架擴展。另外，2013年，Darling等還提出一種新型的具有自復(fù)位能力的鋼梁，其構(gòu)造如圖3所示［31］。采用這種自復(fù)位鋼梁的鋼框架（Self-Centering Beam Moment Frames，SCB MFs）在地震作用下柱間間距保持不變，消除了框架擴展現(xiàn)象。SCB MF不僅在大震下可幾乎完全消除殘余變形還可將結(jié)構(gòu)的損傷集中于圖中所示的“保險絲”，便于結(jié)構(gòu)震后修復(fù)。

圖3　SCB MF構(gòu)造［31］Fig．3 SCB MF configurations［31］

4 自復(fù)位鋼框架－支撐體系

4．1 自復(fù)位框架中心支撐體系

潘振華等將常規(guī)材料支撐分為兩類：一類是Roke等提出的自復(fù)位中心支撐框架體系（Self-Centering Concentrically-Braced Frame，SC CBF），通過豎向布置的預(yù)應(yīng)力直接對支撐體系整體施加預(yù)應(yīng)力，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自復(fù)位性能［32－33］；另一類是支撐本身具有自復(fù)位與耗能能力［8］。Christopoulos等提出由鋼支撐元件——內(nèi)部元件（inner steel member）與外部元件（outer steel member）、耗能組件及預(yù)應(yīng)力構(gòu)件組成的自復(fù)位耗能支撐體系（Self-Centering Energy Dissipative bracing system，SCED），并對其進(jìn)行理論分析與試驗驗證，驗證結(jié)果表明該支撐體系在循環(huán)荷載作用下滯回性能穩(wěn)定，但在預(yù)應(yīng)力鋼絞線變形超過彈性極限后，體系會喪失自復(fù)位能力［34］。

為提升自復(fù)位支撐的變形能力，周中哲等提出了鋼雙核芯自復(fù)位斜撐（steel dual-core self-centering braces），第一核芯構(gòu)件由H型鋼構(gòu)成，第二核芯構(gòu)件由兩方形鋼管組成，放置于由長方形鋼管組成的外圍構(gòu)件內(nèi)，各構(gòu)件的長度皆相同，并于構(gòu)件兩端蓋上內(nèi)層與外層端板。該支撐通過界面的相對位移產(chǎn)生摩擦消能，通過兩組核芯受壓構(gòu)件與兩組預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，使斜撐的變形量在拉力構(gòu)件相同應(yīng)變下大幅增加（或在相同斜撐變形量下，斜撐的拉力構(gòu)件應(yīng)變量減少一半）。對該支撐應(yīng)用復(fù)合纖維材料棒為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行抗震試驗。試驗結(jié)果表明，鋼雙核芯自復(fù)位斜撐不僅具有耗能與自復(fù)位能力，在相同層間位移角下，其預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的變形量是傳統(tǒng)單核芯自復(fù)位斜撐預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的一半［35］。

Erochko等提出了圖4所示伸縮式自復(fù)位耗能支撐（Enhanced-elongation Telescoping Self-Centering Energy Dissipative Brace，T SCED）［36］。其原理與周中哲等提出的鋼雙核芯自復(fù)位斜撐一樣，只是構(gòu)造形式不同。該新型支撐在傳統(tǒng)SCED支撐的基礎(chǔ)上加入了與內(nèi)外元件平行放置的中間滑移元件（‘floating’intermediate steel member），使其允許再加入一組預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，因此，改進(jìn)的支撐就由兩組預(yù)應(yīng)力構(gòu)件共同平均地承受支撐的變形。如果每組預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的變形能力與傳統(tǒng)的SCED支撐的相同，則T SCED支撐的最終伸長能力為傳統(tǒng)SCED支撐的兩倍。另外，文中還指出可以在此種改進(jìn)體系中加入2個或更多的中間元件以增加SCED支撐的變形能力。多倫多大學(xué)對裝有加入1個中間元件的T SCED支撐的足尺框架系統(tǒng)進(jìn)行了偽靜力與擬動力試驗，并對其進(jìn)行混合模擬試驗，試驗中T SCED能夠發(fā)生位移為層高的3．9%，并可實現(xiàn)完全自復(fù)位。因此，鋼雙核芯自復(fù)位斜撐和T SCED支撐的變形范圍增大，滿足了大變形結(jié)構(gòu)的需求。

圖4　T SCED支撐設(shè)計［36］Fig．4 T SCED brace design［36］

不同于Roke等提出的支撐，O’Reilly等提出了圖5所示的自復(fù)位中心支撐，它將自復(fù)位鋼框架結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力節(jié)點與普通鋼管支撐結(jié)合，在地震作用下通過梁柱節(jié)點的搖擺由預(yù)應(yīng)力元件提供回復(fù)力，通過鋼管支撐的塑性變形耗能［37］。該支撐體系還有一個關(guān)鍵的特點是支撐與梁柱通過角板連接，角板在轉(zhuǎn)動節(jié)點（rocking connection）處并沒有和梁、柱都焊接，而只與梁焊接以允許節(jié)點轉(zhuǎn)動。利用OpenSees對該體系進(jìn)行數(shù)值模擬，驗證其響應(yīng)方程，并對設(shè)計實例進(jìn)行時程分析，結(jié)果表明該體系具有自復(fù)位特性，殘余變形滿足設(shè)計要求，梁、柱和預(yù)應(yīng)力構(gòu)件均保持彈性，支撐延性也滿足要求。

圖5　SC CBF的總體布置［37］Fig．5 General configuration of a SC CBF［37］

4．2 自復(fù)位框架偏心支撐體系

偏心支撐體系的消能段在地震作用下發(fā)生塑性變形，為減少震后消能段的殘余變形，Cheng等將自復(fù)位思想運用到偏心支撐中，形成自復(fù)位偏心支撐體系（Self-Centering Eccentrically Braced Frame，SC EBF）［38］。在這種體系中，放松消能梁段與相鄰梁段的接觸面約束，結(jié)構(gòu)發(fā)生位移時預(yù)應(yīng)力鋼筋提供回復(fù)力，形成了類似于PT節(jié)點的轉(zhuǎn)動節(jié)點。首先，Cheng等對5個足尺的單層單跨偏心支撐體系進(jìn)行了側(cè)向循環(huán)加載試驗，并加入了耗能元件摩擦阻尼器或角鋼來提高體系的耗能能力。試驗變量為耗能裝置類型、阻尼器的夾緊力和角鋼規(guī)格。其次，對該體系的力－位移關(guān)系進(jìn)行了理論推導(dǎo)。最后，將分析結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，該體系可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自復(fù)位，利用文中提出的分析模型也可以得到EBF的力－位移關(guān)系。在體系中加入耗能裝置可改善自復(fù)位偏心支撐體系的抗震性能。

4．3 自復(fù)位屈曲約束支撐

2011年，Miller等研究了自復(fù)位屈曲約束支撐（Self-Centering Buckling-Restrained Brace，SC BRB）的基本原理與抗震性能，如圖6所示［39］。SC BRB是在傳統(tǒng)的屈曲約束支撐基礎(chǔ)上引入超彈性材料形狀記憶合金（SMA），其設(shè)計與制作可直接利用已有的普通屈曲約束支撐的設(shè)計方法和構(gòu)造方法。在地震作用下，SC BRB結(jié)構(gòu)主要通過屈曲約束支撐的變形耗能、預(yù)應(yīng)力SMA提供回復(fù)力來控制變形。研究人員設(shè)計了1／2縮尺模型對SC BRB的數(shù)值模擬模型進(jìn)行驗證與改進(jìn)，以進(jìn)一步對體系進(jìn)行非線性動力分析，尋求最適合自復(fù)位屈曲約束支撐框架體系的設(shè)計方法、構(gòu)造要求與分析模擬方法。

圖6　SC BRB組成元件［39］Fig．6 SC BRB components［39］

5 自復(fù)位鋼板剪力墻體系

自復(fù)位鋼板剪力墻體系（Self-Centering Steel Plate Shear Walls，SC SPSW）是將薄鋼板剪力墻與PT節(jié)點相結(jié)合形成的高性能抗震體系，如圖7所示。鋼板墻結(jié)構(gòu)單元由內(nèi)嵌鋼板（Web Plate）及邊緣框架梁（Horizontal Boundary Element，HBE）、柱（Vertical Boundary Element，VBE）組成。其中，梁柱在目標(biāo)位移下基本保持彈性，結(jié)構(gòu)損傷集中于鋼板，將其作為可更換的耗能“保險絲”［40－41］。為研究開發(fā)自復(fù)位鋼板剪力墻體系，美國開展了由國家科學(xué)基金會資助的“NEESR-SG：Smart and Resilient Steel Plate Shear Walls”的研究項目，該項目著眼于兩個主要問題：①開發(fā)研究自復(fù)位鋼板剪力墻體系；②解決鋼板剪力墻的實際應(yīng)用問題。

2010年，Berman等根據(jù)基于性能的抗震設(shè)計方法初步設(shè)計了一個含PT節(jié)點的三層SC SPSW結(jié)構(gòu)，并提出了一種分析模型，運用OpenSees軟件對所設(shè)計的原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析［42］。非線性時程分析結(jié)果表明，SC SPSW不僅具有自復(fù)位能力，還能滿足所有關(guān)鍵的特定性能目標(biāo)，包括小震下保持彈性、中震下可自復(fù)位、大震下不倒。2012年，Dowden等關(guān)注了SC SPSW中梁的行為與設(shè)計方法［40］。根據(jù)承載能力設(shè)計原理，以框架梁（HBE）為隔離體，分析其受力特性，基于鋼板墻的屈服得到了HBE所受彎矩、剪力和軸力的表達(dá)式，最終提出了SC SPSW體系中HBE和PT節(jié)點的設(shè)計方法，且節(jié)點的設(shè)計方法適用于任何繞梁翼緣轉(zhuǎn)動的PT節(jié)點（圖7（b））。同時，Clayton、Berman和Lowes等基于結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)擬定了SC SPSW的抗震設(shè)計方法和建模的分析方法。運用提出的抗震設(shè)計流程，設(shè)計了一系列位于加利福尼亞州高烈度地震區(qū)的3層和9層的建筑物，并對這些建筑物輸入分別代表大中小三種地震作用的地震動記錄進(jìn)行非線性動力時程分析，各項性能目標(biāo)表明SC SPSW體系不僅可以自復(fù)位，還可達(dá)到理想的抗震性能目標(biāo)［41］。

圖7　自復(fù)位鋼板剪力墻體系簡圖［41］Fig．7 Schematic diagram of a SC SPSW［41］

SC SPSW體系和構(gòu)件的抗震響應(yīng)還通過一系列偽靜力試驗和振動臺試驗進(jìn)行了驗證。目前，Winkley等對4個SC SPSW的子構(gòu)件進(jìn)行子結(jié)構(gòu)偽靜力試驗，研究了不同設(shè)計參數(shù)對整體結(jié)構(gòu)在循環(huán)荷載下響應(yīng)的影響以及對構(gòu)件的設(shè)計需求［43－44］。試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果符合，設(shè)計合理的SC SPSW體系可以自復(fù)位，具有較高的強度、剛度及耗能能力。在子結(jié)構(gòu)試驗的基礎(chǔ)上，為研究驗證SC SPSW結(jié)構(gòu)整體性能，Clayton等對3 層1／3縮尺的SC SPSW體系進(jìn)行了偽靜力試驗和振動臺試驗［45］。由于框架擴展（frame expansion）的影響，造成樓板的嚴(yán)重破壞，同時樓板對柱擴展的制約會對梁的軸向要求增高，因此，在本次研究中，還采用了如圖2所示的兩種新型PT節(jié)點［30，45］。

6 自復(fù)位消能減震裝置

被動消能減震裝置，如阻尼器，在地震作用下自身也會發(fā)生永久變形，從而影響其減震效果的發(fā)揮或影響結(jié)構(gòu)的正常使用。為此，具自復(fù)位功能的消能減震裝置的研究日益增多，其核心思想是在被動消能減震裝置中引入智能材料（如SMA）或預(yù)應(yīng)力元件，減少甚至消除其殘余變形，形成自復(fù)位消能減震裝置。

6．1 自復(fù)位阻尼器

1995年，Clark等首先提出了基于SMA的阻尼器，將超彈性材料SMA引入阻尼器，使其具有很好的耗能能力［46］。在此基礎(chǔ)上，Dolce等又加入了一組SMA作為復(fù)位裝置，使阻尼器同時具有自復(fù)位與耗能能力［47］。隨后，出現(xiàn)了各種構(gòu)造形式的自復(fù)位SMA阻尼器，主要由SMA提供回復(fù)力［48－50］。

2008年，Ma等提出了一種由兩組預(yù)應(yīng)力SMA和兩個預(yù)壓彈簧組成的自復(fù)位SMA阻尼器，如圖8所示［51］。

圖8　SMA阻尼器的原理圖［51］Fig．8 Schematic diagram of the SMA damper［51］

不同于之前的SMA阻尼器，預(yù)壓彈簧用來提供回復(fù)力，是有效可靠的回位組，而SMA束用作耗能。研究分析結(jié)果表明，裝有自復(fù)位阻尼器的結(jié)構(gòu)的層間位移可有效減?。?0，52－53］。2011年，Ma等為得到準(zhǔn)確描述自復(fù)位SMA阻尼器的力－位移關(guān)系的模型，對Ma和Cho提出的SMA阻尼器進(jìn)行了模擬［54］。文中耗能組（SMA）采用BoucWen模型，回位組（彈簧）采用剛－彈性模型進(jìn)行模擬，提出了一種自復(fù)位阻尼器的數(shù)學(xué)建模方法并對其可行性驗證，表明該方法簡單有效，可以準(zhǔn)確預(yù)測阻尼器的力－位移關(guān)系。然后，對2個底層裝有所提出的阻尼器的鋼框架進(jìn)行振動臺試驗，縮尺比例為1／4，并采用所提出的數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行動力時程分析，結(jié)果表明，自復(fù)位阻尼器可有效減少結(jié)構(gòu)的樓層位移和層間位移角，在結(jié)構(gòu)抗震應(yīng)用中具有很高的價值。

6．2 自復(fù)位混合裝置

2010年，Yang等對支撐框架所提出的一種同時具有耗能與自復(fù)位能力的混合裝置進(jìn)行研究與評估［55］。該混合裝置主要有三部分：提供回復(fù)力的SMA束、耗能撐桿和引導(dǎo)裝置運動的高強鋼管。該裝置可以裝配在結(jié)構(gòu)的梁和支撐之間或者作為結(jié)構(gòu)的支撐，如圖9所示。研究者還提出了此種裝置的設(shè)計方法，并據(jù)其設(shè)計了裝有此裝置的三層結(jié)構(gòu)，分別對其進(jìn)行彈塑性與動力分析，結(jié)果表明該體系不僅具有與屈曲約束支撐體系相同的耗能能力，而且具有自復(fù)位性。

2011年，Karavasilis等將自復(fù)位構(gòu)件與黏彈性阻尼器組裝成自復(fù)位粘彈性阻尼裝置（Self-Centering Viscoelastic Damping Device，SCVDs）［56］。其可能的構(gòu)造形式如圖10所示。第一種構(gòu)造形式相似于Christopoulos提出的SCED支撐［34］，第二種構(gòu)造形式為Zhu等提出的自復(fù)位摩擦阻尼支撐［48］。對裝有此裝置的鋼框架進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)由于殘余變形的顯著減小和樓層位移、加速度和速度的減小，框架的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)性能均得到提高。Cesare等對分別裝有屈服型阻尼器（hysteretic dampers）和黏滯復(fù)位裝置（visco-recentring devices，SMA＋VD）的鋼框架體系進(jìn)行了試驗分析與數(shù)值模擬［57］。SMA＋VD裝置是由黏滯阻尼器和SMA組成的混合裝置，如圖11所示。另外，Ozbulut等提出了一種用于抵抗近場地震的復(fù)位變摩擦裝置（Re-centering Variable Friction Device，RVFD）。該混合裝置由兩部分構(gòu)成：SMA和變摩擦阻尼器（Variable Friction Damper，VFD）。SMA用來耗能與提供震后裝置的復(fù)位，VFD通過調(diào)整電壓實現(xiàn)智能控制以使其自適應(yīng)半主動響應(yīng)。裝有該混合裝置的三層結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明，近場地震作用下該裝置可以減小結(jié)構(gòu)的最大位移響應(yīng)，還可以顯著減小結(jié)構(gòu)的殘余變形［58］。

圖10　SCVD的構(gòu)造形式［56］Fig．10 Configurations of the SCVD［56］

圖11　SMA＋VD裝置［57］Fig．11 Overview of the SMA＋VD device［57］

2012年，Braconi等提出一種新型的自復(fù)位鋼裝置（Steel Self-Centering Device，SSCD），如圖12所示［59］。該裝置主要有三個組成部分：骨架（skeleton）、耗能元件（dissipative elements）和預(yù)應(yīng)力元件（pretension elements）。與Christopoulos等提出SCED的原理一樣，該裝置也是將屈曲耗能體系與鋼預(yù)應(yīng)力體系結(jié)合，預(yù)應(yīng)力體系提供回復(fù)力以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自復(fù)位［33］。整個裝置完全為鋼材，耗能元件也是由鋼保險絲制作，震后很容易更換。文獻(xiàn)［59］首次闡述了該裝置的工作機理，通過改變各元件的機械性能，對該裝置進(jìn)行了參數(shù)分析，還研究了不同等級的鋼材對耗能元件性能的影響，目的是選擇最適合該裝置的小規(guī)格易更換的鋼保險絲，最后對足尺SSCD進(jìn)行了試驗以研究其整體性能。

圖12　SSCD的主要組成元件［59］Fig．12 Main elements of the SSCD［59］

7 結(jié)論與展望

作為高性能抗震體系的一種有效形式，自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系還具有修復(fù)快、可更換的特點，具有很好的工程應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外在這一領(lǐng)域已有一些研究成果，但總體而言尚處于起步階段，特別是國內(nèi)，還未對此進(jìn)行更深入、系統(tǒng)地研究。為推進(jìn)自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，尚需對下列問題進(jìn)行進(jìn)一步的探究：

（1）研究各類自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系的整體抗震性能，細(xì)化研究自復(fù)位節(jié)點與裝置在結(jié)構(gòu)體系中的響應(yīng)。文中所述的大部分自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系的研究處于對結(jié)構(gòu)子構(gòu)件的初步試驗與理論分析階段，部分體系也僅限于概念認(rèn)識，對結(jié)構(gòu)體系層面的研究還很少。對于新提出的兩種消除框架擴展的新型節(jié)點與各種自復(fù)位消能減震裝置在體系中的響應(yīng)也只有初步的試驗與分析研究，一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)尚需進(jìn)一步改進(jìn)。

（2）研究體系基于性能和可靠度的概率設(shè)計方法。目前的研究大多屬于確定性分析，基本上未考慮地震輸入和結(jié)構(gòu)自身的不確定性?；谛阅芎涂煽慷鹊母怕试O(shè)計理念已逐步被納入到結(jié)構(gòu)設(shè)計體系中，因此有必要開展自復(fù)位體系在不同設(shè)防烈度、不同性能水準(zhǔn)要求下的抗震可靠度研究，以更加科學(xué)合理地評估各類自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系的性能。

（3）研究基于殘余側(cè)移的結(jié)構(gòu)抗震性能評估與設(shè)計方法。目前各國規(guī)范基本均以最大層間側(cè)移角作為抗震性能評估和設(shè)計的主要指標(biāo)，但震后調(diào)查和理論研究均表明，在基于性能的抗震設(shè)計中，應(yīng)該引入殘余層間側(cè)移作為抗震性能評估的補充指標(biāo)，特別是涉及結(jié)構(gòu)震后可修性評估時這一指標(biāo)就顯得更加重要。

（4）研究主體結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相互作用與影響。自復(fù)位結(jié)構(gòu)中存在可轉(zhuǎn)動的連接部位，對結(jié)構(gòu)整體帶來很多不可預(yù)知的影響，這就需要協(xié)調(diào)主體結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相互作用，合理設(shè)計非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件給結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶來不利的約束，如樓板構(gòu)造對自復(fù)位鋼框架體系的框架擴展的約束。

（5）提高自復(fù)位結(jié)構(gòu)的實用性和經(jīng)濟性。目前提出的多種自復(fù)位結(jié)構(gòu)消能裝置都需要使用智能材料SMA，這種材料價格昂貴，很難在工程應(yīng)用中普遍推廣。同時，很多自復(fù)位鋼支撐與混合裝置構(gòu)造還比較復(fù)雜，也較難直接應(yīng)用于實際工程。基于此，需要進(jìn)一步開發(fā)研究構(gòu)造簡單、造價低廉的自復(fù)位鋼結(jié)構(gòu)體系與裝置，同時盡量實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可更換，降低結(jié)構(gòu)震后的修復(fù)難度。

參考文獻(xiàn)

［1］ Herning G，Garlock M，Ricles J，et al．An overview of self-centering steel moment frames［C］．ASCE Struc-tures Congress，2009：1-9．

［2］ 郭彤，宋良龍．自定心鋼框架抗震性能研究進(jìn)展［J］．地震工程與工程振動，2010，30（5）：49-56．Guo Tong，Song Lianglong．Research and development in seismic behavior of self-centering steel frames［J］．Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2010，30（5）：49-56．（in Chinese）

［3］ Ricles M J，Sause R，Garlock M M，et al．Postten-sioned seismic-resistant connections for steel frames ［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2001，127（2）：113-121．

［4］ Christopoulos C，F(xiàn)iliatrault A，Uang C，et al．Post-ten-sioned energy dissipating connections for moment re-sisting steel frames［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2002，128（9）：1111-1120．

［5］ 宋良龍，郭彤．下翼緣摩擦式自定心鋼框架梁柱節(jié)點抗震性能的數(shù)值模擬［J］．防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2011，31（6）：648-653．Song Lianglong，Guo Tong．Numerical simulation of seismic behavior of beam-column connection for self-centering steel frame with bottom flange friction de-vices［J］．Journal of Disaster Prevention and Mitiga-tion Engineering，2011，31（6）：648-653．（in Chi-nese）

［6］ 郭彤，宋良龍．腹板摩擦式自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁柱節(jié)點的理論分析［J］．土木工程學(xué)報，2012，45（7）：73-79．Guo Tong，Song Lianglong．Theoretical analysis of beam-column connections of self-centering prestressed concrete frame with web friction device［J］．China Civil Engineering Journal，2012，45（7）：73-79．（in Chinese）

［7］ 郭彤，宋良龍，張國棟，等．腹板摩擦式自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁柱節(jié)點的試驗研究［J］．土木工程學(xué)報，2012，45（6）：23-32．Guo Tong，Song Lianglong，Zhang Guodong，et al．Ex-perimental study on beam-column connections of self-centering prestressed concrete frame with web friction devices［J］．China Civil Engineering Journal，2012，45 （6）：23-32．（in Chinese）

［8］ 潘振華，潘鵬，邱法維，等．具有自復(fù)位能力的鋼結(jié)構(gòu)體系研究［J］．土木工程學(xué)報，2010，43（增刊）：403-410．Pan Zhenhua，Pan Peng，Qiu Fawei，et al．Analysis of self-centering steel structures’development［J］．Chi-na Civil Engineering Journal，2010，43（S1）：403-410．（in Chinese）

［9］ 潘振華，潘鵬，葉列平，等．自復(fù)位鋼框架節(jié)點有限元模擬及參數(shù)分析［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011，32 （3）：35-42．Pan Zhenhua，Pan Peng，Ye Lieping，et al．Modeling and parametric study of beam-to-column connection for self-centering steel moment frames［J］．Journal of Building Structures，2011，32（3）：35-42．（in Chi-nese）

［10］ 呂西林，陳云，毛苑君．結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計新概念—可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)［J］．同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，39（7）：941-948．Lu Xilin，Chen Yun，Mao Yuanjun．New concept of structural seismic design：earthquake resilient struc-tures［J］．Journal of Tongji University（Natural Sci-ence），2010，39（7）：941-948．（in Chinese）

［11］ 周穎，呂西林．搖擺結(jié)構(gòu)及自復(fù)位結(jié)構(gòu)研究綜述［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011，32（9）：1-10． Zhou Ying，Lu Xilin．State-of-the-art on rocking and self-centering structures［J］．Journal of Building Structures，2011，32（9）：1-10．（in Chinese）

［12］ 劉璐，吳斌，李偉，等．一種新型自復(fù)位防屈曲支撐的擬靜力試驗［J］．東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，42（3）：536-541．Liu Lu，Wu Bin，Li Wei，et al．Cyclic tests of novel self-centering buckling-restrained brace［J］．Journal of Southeast University（Natural Science），2012，42（3）：536-541．（in Chinese）

［13］ 馬昕，呂西林．軟鋼阻尼器對自復(fù)位剪力墻性能影響研究［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2013，29（4）：63-69．Ma Xin，Lu Xilin．Effects of the mild steel damper on the self-centering wall performance［J］．Structural En-gineers，2013，29（4）：63-69．（in Chinese）

［14］ 陳凱，呂西林．框架-自復(fù)位墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2013，29（4）：118-124．Chen Kai，Lu Xilin．Analysis of seismic performance of the self-centering wall frame structure［J］．Structur-al Engineers，2013，29（4）：118-124．（in Chinese）

［15］ Ricles J，Sause R，Peng S W，et al．Experimental eval-uation of earthquake resistant post—tensioned steel connections［J］．ASCE Journal of Structural Engineer-ing，2002，128（7）：850-859．

［16］ Rojas P，Ricles J，Sause R．Seismic performance of post-tensioned steel moment resisting frames with fric-tion devices［J］．ASCE Journal of Structural Engineer-ing，2005，131（4）：529-540．

［17］ Kim H，Christopoulos C．Friction damped postten-sioned self-centering steel moment-resisting frames ［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2008，134（11）：1768-1779．

［18］ Wolski M，Ricles J，Sause R．Experimental study of a self-centering beamcolumn connection with bottom flange friction device［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2009，135（5）：479-488．

［19］ Tsai K C，Chou C C，Lin C L，et al．Seismic self-cen-tering steel beam-to-column moment connections using bolted friction devices［J］．Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2008，37（4）：627-645．

［20］ Ricles J，Sause R，Lin Y C，et al．Self-centering mo-ment connections for damage-free seismic response of steel MRFs［C］．ASCE Structures Congress，2010：955-965．

［21］ 張愛林，張艷霞，劉學(xué)春．震后可恢復(fù)功能的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系研究展望［J］．北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，39（4）：507-515．Zhang Ai1in，Zhang Yanxia，Liu Xuechun．Researchoutlook of earthquake resilient prestressed steel struc-tures［J］．Journal of Beijing University of Technology，2013，39（4）：507-515．（in Chinese）

［22］ Garlock M M，Li Jie．Steel self-centering moment frames with collector beam floor diaphragms［J］．Jour-nal of Constructional Steel Research，2008，64（5）：526-538．

［23］ Garlock M M，Sause R，Ricles J M．Behavior and de-sign of posttensioned steel frame systems［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2007，133（3）：389-399．

［24］ Chou C C，Chen J H．Development of floor slab for steel post-tensioned self-centering moment frames ［J］．Journal of Constructional Steel Research，2011，67（10）：1621-1635．

［25］ Chou C C，Chen J H．Seismic design and shake table tests of a steel post-tensioned self-centering moment frame with a slab accommodating frame expansion ［J］．Earthquake Engineering and Structural Dynam-ics，2011，40（11）：1241-1261．

［26］ Kim H J，Christopoulos C．Seismic design procedure and seismic response of post-tensioned self-centering steel frames［J］．Earthquake Engineering and Struc-tural Dynamics，2009，38（3）：355-376．

［27］ Chou C C，Chen J H．Column restraint in post-ten-sioned self-centering moment frames［J］．Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2010，39（7）：751-774．

［28］ Chou C C，Chen J H．Analytical model validation and influence of column bases for seismic responses of steel post-tensioned self-centering MRF systems［J］．Engineering Structures，2011，33（9）：2628-2643．

［29］ Dowden D M，Bruneau M．NewZ-BREAKSS：Post-ten-sioned rocking connection detail free of beam growth ［J］．AISC Engineering Journal，2011，48（2）：153-158．

［30］ Clayton P M，Dowden D M，Winkley T B，et al．Exper-imental investigation of self-centering steel plate shear walls［C］．ASCE Structures Congress．Chicago，2012：1586-1597．

［31］ Darling S，Eatherton M，Maurya A．Self-centering beams for seismically resilient moment frames［C］．ASCE Structures Congress，2013：1701-1712．

［32］ Roke D，Sause R，Ricles J M，et al．Design concepts for damage-free seismic-resistant self-centering steel concentrically braced frames［C］．ASCE Structures Congress，2009：1-10．

［33］ Sause R，Ricles J M，Roke D A，et al．Large-scale ex- perimental studies of damage-free self-centering con-centrically-braced frame under seismic loading［C］．ASCE Structures Congress，2010：1498-1509．

［34］ Christopoulos C，Tremblay R，Kim H J，et al．Self-cen-tering energy dissipative bracing system for the seis-mic resistance of structures：Development and valida-tion［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2008，134（1）：96-107．

［35］ 周中哲，陳映全．鋼造雙核心自復(fù)位斜撐發(fā)展與耐震試驗：應(yīng)用復(fù)合纖維材料棒為預(yù)力構(gòu)件［J］．土木工程學(xué)報，2012，45：202-206．Chou Chungche，Chen Yingchuan．Development and seismic tests of steel dual-core self-centering braces：fiber-reinforced polymer composites as post-tensioning tendons［J］．China Civil Engineering Journal，2012，45：202-206．（in Chinese）

［36］ Erochko J，Christopoulos C．Design and testing of an enhanced-elongation telescoping self-centering energy dissipative（T SCED）brace［C］．Proceeding．of the 15th World Conference on Earthquake Engineering．Lisbon，2012．Paper No．0906．

［37］ O’Reilly G J，Goggins J，Mahin S A．Behaviour and design of a self-centering concentrically braced steel frame system［C］．Proceeding．of the 15th World Con-ference on Earthquake Engineering，Lisbon，2012．Pa-per No．0917．

［38］ Cheng C T，Hsu C H，Lin K C．Seismic behavior of self-centering designed eccentrically braced frames ［C］．Proceeding．of the 15th World Conference on Earthquake Engineering，Lisbon，2012．Paper No．1330．

［39］ Miller D J，F(xiàn)ahnestock L A，Eatherton M R．Self-cen-tering buckling-restrained braces for advanced seismic performance［C］．ASCE Structures Congress．2011：960-970．

［40］ Dowden D M，Purba R，Bruneau M．Behavior of self-centering steel plate shear walls and design considera-tions［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2012，138（1）：11-21．

［41］ Clayton P M，Berman J W，Lowes L N．Seismic design and performance of self-centering steel plate shear walls［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2012，138（1）：22-30．

［42］ Berman J W，Clayton P M，Lowes L N，et al．Develop-ment of a recentering steel plate shear wall and ad-dressing critical steel plate shear wall research needs ［C］．Proceeding．of the 9th U．S．National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering．To-ronto，Canada，2010．Paper No．1087．

［43］ Winkley T B．Self-centering steel plate shear walls：large scale experimental investigation［D］．Seattle，WA：University of Washington，2011．

［44］ Clayton P M，Winkley T B，Berman J W，et al．Experi-mental investigation of self-centering steel plate shear walls［J］．ASCE Journal of Structural Engineering，2012，138（7）：952-960．

［45］ Clayton P，Dowden D，Li C，et al．Full-scale testing of self-centering steel plate shear walls［C］．ASCE Struc-tures Congress，2013：1694-1700．

［46］ Clark P W，Aiken I D，Kelly J M，et al．Experimental and analytical studies of shape memory alloy dampers for structural control［C］．Proceeding．SPIE 2445，Smart Structures and Materials 1995：Passive Damp-ing．1995：241-251．

［47］ Dolce M，Cardone D，Marnetto R．Implementation and testing of passive control devices based on shape memory alloys［J］．Earthquake Engineering and Struc-tural Dynamics，2000，29（7）：945-968．

［48］ Zhu S，Zhang Y．Seismic behaviour of self-centring braced frame buildings with reusable hysteretic damp-ing brace［J］．Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2007，36（10）：1329-1346．

［49］ Li H，Qian H，Song G．Experimental and analytical in-vestigation on innovative hybrid shape memory alloys dampers for structural control［C］．Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems．Proceeding．of SPIE，6928：69282N，2008．

［50］ Li H，Mao C，Ou J．Experimental and theoretical study on two types of shape memory alloy devices［J］．Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2008，37（3）：407-426．

［51］ Ma H，Cho C．Feasibility study on a superelastic SMA damper with re-centring capability［J］．Materials Sci- ence and Engineering：A，2008，473（1-2）：290-296．

［52］ Zhu S，Zhang Y．Seismic analysis of concentrically braced frame systems with self-centering friction damping braces［J］．ASCE Journal of Structural Engi-neering，2008，134（1）：121-131．

［53］ Andrawes B，DesRoches R．Effect of hysteretic proper-ties of superelastic shape memory alloys on the seis-mic performance of structures［J］．Structural Control and Health Monitoring，2007，14（2）：301-320．

［54］ Ma H，Yam M C H．Modelling of a self-centering damper and its application in structural control［J］．Journal of Constructional Steel Research，2011，67 （4）：656-666．

［55］ Yang C W，DesRoches R，Leon R T．Design and anal-ysis of braced frames with shape memory alloy and en-ergy-absorbing hybrid devices［J］．Engineering Struc-tures，2010，32（2）：498-507．

［56］ Karavasilis T L，Blakeborough T，Williams M S．De-velopment of nonlinear analytical model and seismic analyses of a steel frame with self-centering devices and viscoelastic dampers［J］．Computers and Struc-tures，2011，89（11-12）：1232-1240．

［57］ Cesare A D，Ponzo F C，Nigro D．Experimental and numerical behaviour of hysteretic and visco-recentring energy dissipating bracing systems［J］．Bulletin of Earthquake Engineering，2012，10（5）：1585-1607．

［58］ Ozbulut O E，Hurlebaus S．Re-centering variable fric-tion device for vibration control of structures subjected to near-field earthquakes［J］．Mechanical Systems and Signal Processing，2011，25（8）：2849-2862．

［59］ Braconi A，Morelli F，Salvatore W．Development，de-sign and experimental validation of a steel self-center-ing device（SSCD）for seismic protection of buildings ［J］．Bulletin of Earthquake Engineering，2012，10 （6）：1915-1941．

基金項目：甘肅省科技支撐計劃項目（1204FKCA126）；甘肅省建設(shè)科技攻關(guān)資助項目（2011-18）聯(lián)系作者，Email：jphan＠lut．cn

收稿日期：2015－03－31