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本文系统研究了高层自复位阻尼耗能支撑结构的抗震性能和自恢复性，揭示了结构协同工作机制与主余震灾变响应特征。本文研发的自复位阻尼耗能支撑及结构体系契合建筑抗震韧性提升的科技需求与应用场景，可显著增强高层建筑结构面对强烈主余震灾害侵袭时的抗震性能，缩短其震后功能恢复时间与成本，具有低成本、高效能的技术优势，将服务于我国韧性城市建设。
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中文题目：自复位耗能支撑——工程结构抗震韧性提升新技术
英文原题：Seismic performance and resilience of composite damping self-centering braced frame structures
通讯作者/第一作者：徐龙河 北京交通大学
关键词：自复位耗能支撑；碟形弹簧；支撑-框架结构；主余震序列作用；抗震韧性
研究背景
我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，58%的国土、82%的省会、60%的地级市处于7度及以上地震高烈度区，大中型城市长期面临严峻地震灾害威胁。建筑结构是城市功能的主要载体，强震后易出现严重破坏甚至倒塌，造成巨大的经济损失和人员伤亡，长期的恢复重建过程也影响社会正常运行。因此，提升建筑结构抗震性能和韧性已成为我国韧性城市建设的重大战略需求。
研究成果
徐龙河教授团队长期开展结构抗震减震与韧性提升领域的研究工作，围绕高性能结构构件与韧性结构新体系两方面，研发了基于预压碟簧的结构自复位关键技术。本文系统研究了高层自复位阻尼耗能支撑结构的抗震性能和自恢复性，揭示了结构协同工作机制与主余震灾变响应特征（图1）。
自复位阻尼耗能支撑利用磁流体提供库伦与粘滞阻尼，设置碟形弹簧提供复位能力，往复荷载作用下具有稳定饱满的旗帜形滞回响应。动力性能试验结果表明，支撑抗侧刚度大、耗能能力强、极限承载力高，卸载后残余变形可基本消除。根据其工作原理，提出了基于Bouc-Wen的支撑修正恢复力模型，模型预测结果与试验结果吻合较好，可用于构件的高效模拟分析。
高层自复位阻尼耗能支撑结构具有两道抗震防线，支撑-外框架承受大部分水平荷载，中心框架承受大部分竖向荷载，支撑与主体结构间通过协同工作来抵抗地震作用。自复位阻尼耗能支撑结构在强震下的层间位移、残余变形和楼层加速度响应均优于传统支撑结构。罕遇地震作用下，结构最大残余变形角仅为0.01%，远小于0.5%的可恢复要求。超罕遇地震作用下，结构最大层间位移角为1.17%，楼层加速度放大系数为1.57。在主余震序列作用下，结构响应随余震强度增大而增加，但层间位移角增幅较小，仅为9.2%。尽管强余震会加深结构的损伤程度和残余变形，但自复位阻尼耗能支撑优异的抗震性能可始终确保整体结构不发生严重破坏和倒塌。
研究意义
本文研发的自复位阻尼耗能支撑及结构体系契合建筑抗震韧性提升的科技需求与应用场景，可显著增强高层建筑结构面对强烈主余震灾害侵袭时的抗震性能，缩短其震后功能恢复时间与成本，具有低成本、高效能的技术优势，将服务于我国韧性城市建设。
图1 考虑主余震作用的高层自复位阻尼耗能支撑结构体系抗震性能试验与分析
主要作者简介
徐龙河 北京交通大学教授、博导，国家杰出青年科学基金获得者，长期从事结构抗震减震与韧性提升领域的研究。兼任中国土木工程学会防震减灾工程分会常务理事、建筑结构学报等期刊编委。
引用本文
L. Xu, X. Xie, Z. Li. Seismic performance and resilience of composite damping self-centering braced frame structures, Fundamental Research 4(3) (2024) 603-610.
关于Fundamental Research
Fundamental Research是由国家自然科学基金委员会主管、主办的综合性英文学术期刊。创刊于2021年，期刊立足反映国家自然科学基金资助的优秀成果，全方位报道世界基础研究前沿重要进展和重大创新性成果，提升中国基础研究和中国科学家在国际科学界的显示度和影响力，为中外科学家打造一个高端的国际学术交流平台。内容涵盖数学物理、化学化工、生命科学、地球科学、工程与材料科学、信息科学、管理科学、健康医学、交叉科学等领域，设置Article、Review、Highlight、Perspective、Commentary等栏目。期刊已被ESCI、Scopus、DOAJ 、PubMed、CAS（美国化学文摘社）、CSCD（中国科学引文数据库）、CSTPCD（中国科技论文与引文数据库）等国内外知名数据库收录。2023年影响因子5.7，位于综合性期刊Q1区。欢迎广大科研工作者关注、投稿、引用！
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