01
提升交错桁架的抗震性能一直是其工程应用中的关键问题之一。本研究将耗能元件引入交错桁架结构以提升其抗震性能。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研发了多阶段耗能元件，并研究了配置多阶段耗能元件的交错桁架结构的抗震性能。取得了以下主要创新性研究成果：
(1) 提出了配置摩擦副的开缝钢板阻尼器，将摩擦耗能和塑性耗能两种不同耗能机制结合，该阻尼器呈现多阶段耗能的特征。提出了配置不锈钢板-钢板或黄铜板-钢板摩擦副以提升阻尼器性能。
(2) 提出了配置双级屈服开缝钢板阻尼器，该阻尼器具有多阶段屈服行为和多阶段耗能特征，且有良好的可更换性。采用有限元与理论分析方法对配置双级屈服开缝钢板阻尼器开展了研究，重现了试验结果。
(3)提出了配置开缝钢板阻尼器的交错桁架结构，结构损伤集中于开缝钢板上，基于能量系数面概率模型，对结构的损伤控制行为进行了评估。
(4)提出了配置多阶段耗能元件的交错桁架结构，层间集中变形得以控制。配置多阶段耗能元件的交错桁架结构在不同水准地震作用下的加速度和层间位移角小于配置单阶段耗能元件的交错桁架结构。
02
[1]Zhou Xuhong, Chen Yonghui, Ke Ke*, Yam Michael C. H., Li Hong. Hybrid steel staggered truss frame (SSTF): A probabilistic spectral energy modification coefficient surface model for damage-control evaluation and performance insights. Journal of Building Engineering 2022; 45: 103556. (SCI, 导师第一作者)
[2]Chen Yonghui, Ke Ke*, Yi Jinwen, Liu Zhonghua, Ye Dongchen, Xu Guojun, Yuan Shangfeng. Seismic performance of steel staggered truss frame equipped with brace-type hybrid dampers with multiple nonlinear stages. Case Studies in Construction Materials 2023; 18: e02158. (SCI, 第一作者)
[3]Ke Ke, Chen Yonghui, Zhou Xuhong, Yam Michael C. H., Hu Shuling*. Experimental and numerical study of a brace-type hybrid damper with steel slit plates enhanced by friction mechanism. Thin-Walled Structures 2023; 182: 110249. (SCI)
[4]Ke Ke, Zhou Xuhong, Hu Shuling*, Chen Yonghui, Alam M. Shahria, Wang Yuhang, Zhou Zhongfa. Development and tests of novel repairable multi-stage yielding steel slit dampers for seismic mitigation. Journal of Building Engineering 2024; 86: 108809. (SCI)
01
随着城市规模的扩大，建设韧性城市、实现城市功能在震后可快速恢复变得尤为重要。推动高性能材料在工程抗震中的应用，提升建筑钢结构的震后可恢复性能是建设韧性城市的关键环节。本研究利用SMA板提升钢框架结构的抗震可恢复性能。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了大尺寸SMA板的基本性能、配置SMA板组的钢框架节点及结构的抗震性能。取得了以下主要创新性研究成果：
(1) 对不同几何尺寸的SMA板的热相变性能与滞回性能进行了试验研究。研究了尺寸与SMA板的相变特征、滞回性能的关联。
(2) 提出了配置SMA板组的钢框架梁柱节点。通过拟静力试验对节点的滞回性能开展了研究，并提出了节点的理论滞回模型与设计公式。
(3) 采用多材料组合的方法提出了用于模拟大尺寸SMA板的“混合有限元模拟方法”，建立了SMA板组节点的精细化有限元模型，并通过试验结果验证了有限元模型的正确性。
(4) 建立了SMA板组节点的杆单元简化模型，设计并建立了配置SMA板组节点的自复位钢框架结构模型，并进行了非线性动力时程分析，确定了关键参数对结构动力响应的影响规律。
(5) 提出了配置SMA板组节点的自复位钢框架结构的理论滞回模型，进行了结构体系的非线性地震需求谱分析，并以机器学习技术建立了用于预测结构地震反应的模型。
02
[1] Huang Yun, Xu Guojun, Zhang Yali, Zhou Zhongfa, Ke Ke*. Seismic behaviour of self-centring hybrid steel frames equipped with SMA plates under mainshock–aftershock sequences. Case Studies in Construction Materials, 2024, 20: e02875. (SCI, 第一作者)
[2] Zhou Xuhong, Huang Yun, Ke Ke*, Yam C.H. Michael, Zhang Huanyang, Fang Han. Large-size shape memory alloy plates subjected to cyclic tension: Towards novel self-centring connections in steel frames. Thin-Walled Structures, 2023, 185: 110591. (SCI, 导师第一作者)
[3] Yam C.H. Michael, Ke Ke*, Huang Yun, Zhou Xuhong, Liu Yicen. A study of hybrid self-centring beam-to-beam connections equipped with shape-memory-alloy-plates and washers. Journal of Constructional Steel Research, 2022, 198: 107526. (SCI)
[4] Zhou Xuhong, Ke Ke*, Yam C.H. Michael , Zhao Qingyang, Huang Yun, Di Jin. Shape memory alloy plates: Cyclic tension-release performance, seismic applications in beam-to-column connections and a structural seismic demand perspective. Thin-Walled Structures, 2021, 167: 108158. (SCI)
[5] Yam C.H. Michael , Zhou Xuhong, Huang Yun, Ke Ke*. Experimental study of a novel self-centering beam-column connection equipped with shape memory alloy plates. Structures Congress 2022, 2022: 215-224. (EI)
01
交错桁架钢框架结构体系因其建筑空间大、装配化施工、综合造价低等优势被广泛应用于低、中烈度抗震设防区，然而，亟需提出抗震性能改善措施以满足高烈度抗震设防区对结构延性的需求。本文提出了一种新型带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构体系，开缝钢板剪力墙在小震作用下可为结构提供抗侧刚度，在中震和大震作用下可提高结构的延性变形和耗能能力。本文对带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构的抗震性能和抗地震倒塌能力评估进行了系统的研究，取得了以下主要创新性研究成果：
（1）提出了带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构，进行了传统交错桁架结构和带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构桁架单元1/6缩尺模型的低周反复荷载试验，并研究了开缝钢板剪力墙的几何参数、布置位置、布置数量等对带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构性能的影响，揭示了开缝钢板剪力墙的高宽比、高厚比、开缝形式等参数对交错桁架钢框架结构抗震性能的影响。
（2）提出了带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构的结构性能量化指标，研究结构在各性能水准作用下的结构影响系数和超强系数，提出了各性能状态下的结构影响系数建议值，并给出了直接基于中震的性能化设计方法。
（3）结合试验和有限元分析结果，采用Pushover分析法确定了带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构的倒塌破坏层间位移角；建立了地震概率需求模型，得到了罕遇和极罕遇地震作用下的结构易损性曲线和倒塌概率，基于FEMA P695和CECS 392规范抗地震倒塌能力评估方法对结构进行了抗地震倒塌能力评估。
02
[1]于志强, 周绪红. 带开缝钢板剪力墙的交错桁架钢框架结构抗震性能试验研究与数值分析[J]. 建筑结构学报, https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0839 （EI, 第一作者）
[2]于志强, 周绪红. 交错桁架钢框架-开缝钢板剪力墙结构横向抗地震倒塌性能评估[J]. 建筑结构学报, https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0840 （EI, 第一作者）
[3]CECS 323: 2012. 交错桁架钢框架结构技术规程[S]. 北京: 中国计划出版社, 2012 (参编).
[4]于志强, 汪呈, 李春祥. 多行开缝低屈服点耗能钢板有限元分析[J]. 建筑钢结构进展, 2020, 22(1): 101-109. (CSCD, 第一作者)
[5]于志强, 周绪红, 姚亮亮, 等. 新型CS-MRF-BCSPSW体系性能的有限元分析[J]. 地震工程与工程振动, 2016, 36(6): 142-152 . (CSCD, 第一作者)
01
随着经济和基础设施建设的迅速发展，韧性城市建设已被纳入国家战略规划，抗震韧性逐渐成为工程结构的新要求。为实现震后结构功能的可快速恢复，提出了考虑耗能时序的混合自复位组件，并在此基础上探索和研究了混合自复位钢框架体系的抗震性能。本文的主要研究结论如下：
（1）提出了适用于钢框架结构且考虑耗能时序的混合自复位组件。混合自复位节点呈现出三折线旗帜形滞回特征，节点的行为可划分为三个阶段：弹性阶段、摩擦阶段和相变阶段。混合自复位支撑呈现出多折线旗帜形滞回特征，支撑的行为可划分为变摩擦阶段和混合耗能阶段。
（2）基于拟静力试验结果，建立了混合自复位组件的精细化有限元模型，提出了量化组件滞回行为的理论力学模型，建立了组件的简化数值模型。
（3）建立了考虑自复位组件断裂失效的混合自复位钢框架结构分析模型，并且对结构进行了全寿命周期风险评估。与传统自复位结构相比，混合自复位结构的抗震性能显著提升。通过合理调节混合自复位节点的布置，实现了结构滞回参数的有效调控，可进一步优化结构的抗震性能。
（4）构建了考虑耗能时序的混合自复位钢框架结构体系恢复力模型，提出了一种基于机器学习的能量系数概率谱预测模型，研究了结构滞回参数对能量系数的影响。
（5）提出了一种基于能量系数的损伤状态概率评估流程。基于非线性推覆分析，结合结构的名义需求概率曲线、名义能力曲线以及不同损伤状态的阈值，对混合自复位钢框架结构在地震作用下的损伤状态进行了概率评估。
02
[1]Zhang Huanyang, Zhou Xuhong, Ke Ke*, Yam Michael C. H., Shi Yu, Zhang Haibin. Hybrid self-centering connection employing energy dissipation sequences: Experimental study and a structural seismic demand perspective. Journal of Structural Engineering. 2023, 149(11): 04023157. (SCI, 第一作者)
[2]Zhang Huanyang, Zhou Xuhong, Ke Ke*, Yam Michael C.H., He Xiuzhang, Li Hong. Self-centring hybrid-steel-frames employing energy dissipation sequences: Insights and inelastic seismic demand model. Journal of Building Engineering. 2023, 63: 105451. (SCI, 第一作者)
[3]Zhou Xuhong, Zhang Huanyang, Ke Ke*, Guo Lihua, Yam Michael C.H. Damage-control steel frames equipped with SMA connections and ductile links subjected to near-field earthquake motions: A spectral energy factor model. Engineering Structures. 2021, 239: 112301. (SCI, 导师第一作者)
[4]Ke Ke, Zhang Huanyang*, Zhou Xuhong, Yam Michael C.H., Wang Yuhang. Shi Taotao. Hybrid-self-centring steel frames: Insights and probabilistic seismic assessment. Engineering Structures, 2024, 303: 117516. (SCI, 通讯作者)
[5]Ke Ke, Zhang Huanyang*, Zhou Xuhong, Yam Michael C.H., Wang Yuhang. Hybrid-self-centring damper for industrial structure: Development and experimental validation. Engineering Structures. 2025, 322: 118777. (SCI, 通讯作者)
[6]Ke Ke, Zhou Xuhong, Zhang Huanyang*, Yam Michael C.H., Guo Lihua, Chen Yonghui. Performance-based-plastic-design of damage-control steel MRFs equipped with self-centring energy dissipation bays. Journal of Constructional Steel Research. 2022, 192: 107230. (SCI, 通讯作者)
[7]Ke Ke, Yam Michael C.H., Zhang Huanyang*, Lam Angus C.C., Zhou Xuhong. High-strength steel frames with SMA connections in self-centring energy-dissipation bays: Insights and a multimodal nonlinear static procedure. Smart Materials and Structures. 2020, 29(12): 125020. (SCI, 通讯作者)
[8]张还阳, 周绪红, 柯珂, 贺修樟. 配置SMA的预应力自复位混合钢框架抗震性能研究[J]. 建筑结构学报. 2024, 45(09): 34-43. (EI, 第一作者)
01
主要研究内容
本论文立足于跨海通道桥梁振（震）动控制的重大工程需求，选取狮子洋大桥、深中通道工程等典型跨海桥梁为对象，采用理论分析、数值模拟、试验验证相结合的研究方法，研发提出了基于拉索-阻尼器-质量块的大跨悬索桥主梁多阶涡振抑制系统（CDM），提出了一种控制梁端纵向变形的功能分离型韧性约束体系，研发了基于聚酰亚胺的位移相关型PI摩擦阻尼器和多功能动力耗能装置（MFDD）；结合跨海梁桥振动特性及抗震分析，提出了基于性能需求的长联多跨桥梁减隔震设计方法，研制了各向异性摩擦摆减隔震支座（XFPB）和超高性能滑板（UHPF），主要研究创新内容如下：
(1)提出了基于拉索-阻尼器-质量块的大跨悬索桥主梁多阶涡振抑制系统（CDM），可为大跨悬索桥的主梁多阶模态提供较大附加阻尼，实现大跨桥梁的多模态竖向涡激振动有效控制；
(2)研发了一种基于聚酰亚胺摩擦材料的位移相关型摩擦阻尼器，可有效控制由随机车流荷载等激发的大跨悬索桥梁端纵向往复振动，提升大跨径约束装置耐久性和使用寿命；
(3)提出了一种控制梁端纵向变形的功能分离型韧性约束体系，实现了大跨径缆索桥梁静动力作用下联合振动控制；
(4)提出了基于性能减隔震设计方法，研发了各向异性摩擦摆减隔震支座，实现了桥梁纵/横向各向异性减隔震设计需求；
(5)研制了一种自润滑超耐磨和抗快速剪切的桥梁支座用超高性能聚四氟乙烯滑板材料，解决了传统滑板材料耐磨性能差、快速剪切能力差等技术难题，延长了支座的服役寿命，降低了桥梁支座的全寿命周期成本。
02
一．期刊论文
[1]Yuanqing Xu, Bing Cui*, Zhengqing Chen, et al. Longitudinal displacement control of a long-span suspension bridge under random traffic loads using a polyimide friction damper. [J]. Structures. 2023, 1861-1873.
[2] Yuanqing Xu*, Chao Guo, Jingyue Zhang, et al. Full-scale Experimental Study on Tribological Performance of FPBs for Highway Bridges with Various Solid Lubricants under Fast Loading. [J]. Structures. 2024, 69, 107292.
[3] Longteng Liang, Zhouquan Fen*,Yuanqing Xu, et al. A parallel scheme of friction dampers and viscous dampers for girder-end longitudinal displacement control of a long-span suspension bridge under operational and seismic conditions.[J]. Buildings, 2023, 13, 412.
[4] Yi Zeng, Tengsheng Chen, Feng Xiong, Kailai Deng and Yuanqing Xu*. Combination of active sensing method and data driven approach for rubber aging detection.[J]. Structural Health Monitoring, 2024.
[5]Yi Zeng, Chubing Deng, Feng Xiong, Haoyang Peng, Yuanqing Xu, et al. DetachSense rubber bearing for convenient axial load prediction using active sensing and Bayesian-optimized deep neural network.[J]. Engineering Structures, 2024, 315, 118503.
[6] Jun Xu*, Jian Li, Yu Ye, Yuanqing Xu, et al. Dynamic Response of a Long-Span Double-Deck Suspension Bridge and Its Vibration Reduction.[J]. Buildings, 2023, 13, 179.
[7] Ha Li*, Yuanqing Xu, Hongjie Zhang, et al. Research on seismic absorption of high-speed railway segmental assembled round-end hollow pier with low yield point steel connection buckle.[J]. Journal of Vibroengineering, 2023.
[8] 鲜荣,徐源庆*,刘得运,等.黄茅海超大跨三塔斜拉桥结构体系研究[J].桥梁建设,2021,51(06):9-15.
[9] 徐源庆*,季卫红,王志强,等.悬索桥用新型摩擦阻尼器的研发及试验研究[J].公路,2024,69(03):98-103.
二．授权专利
[1] 崔冰;陈政清;徐源庆;华旭刚;徐军;白晓宇;黄智文. 一种大跨悬索桥主梁竖向涡振抑制系统及方法. ZL 202311277609.9（授权发明专利）
[2] 崔冰;徐源庆;徐军;刘高;赵磊;李冲;白晓宇. 一种大跨径悬索桥纵向组合韧性约束系统及方法. ZL 202211634124.6（授权发明专利）
[3] 崔冰;徐源庆;李剑;过超;张太科;吴玲正;王志强;刘海亮;李冲;张松;白晓宇;李嘉. 一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器. ZL 202211415390.X（授权发明专利）
三．标准规范
[1] JT/T 901-2023.桥梁支座用高分子材料滑板[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司出版，2023.（主编）
[2] JT 2023-79. 桥梁阻尼器通用技术条件[S]. 交通运输标准化计划，送审稿阶段.（主编）
[3] T/CHTS 20016-2021.公路桥梁各向异性摩擦摆减隔震支座[S]. 北京：中国标准出版社出版， 2021.（副主编）
来源 | 湖南大学研究生院
