广州大学 土木工程学院 广东广州 51006
摘要：自复位钢筋混凝土框架结构是一种新型可恢复功能结构、新型的减震控制结构，它不仅能在地震时保护人们的生命财产安全，也能帮助人们在大地震之后，尽快恢复正常生活，是结构抗震设计的一个理想的新方向。可恢复结构体系主要包括可更换结构构件，摇摆结构，以及自复位结构等。相比于普通混凝土框架，该结构在地震作用下结构损伤轻微残余变形小，在地震后不需修复或稍加修复即可重新投人使用。因此，该结构是一种适用于高烈度地震频发地区中低层框架的低成本新型防震结构。本文首先阐述了自复位结构的原理，再阐述自复位结构的组成与关键构造，最后对今后该领域研究方向进行展望。
关键词：可恢复功能结构；自复位结构；节点构造；耗能
引言
目前，我国抗震设计要求：小震不坏、中震可修、大震不倒，但是对“中震可修”并没有定量的描述。如果采用前述的抗震设计理念进行结构设计，那么经受中震冲击后的结构可能会面临“大修”的尴尬局面，其修复费用之高、间接经济损失之大为业主所不能接受。为满足国民经济发展的需要，满足业主对结构的抗震性能要求，有必要采用新的抗震设计理念，开发新的抗震结构体系，以提升结构的抗震能力，取得更好的综合经济效益。
1自复位结构综述
通过放松结构与基础或构件间的约束，使接触面仅能受压而不能受拉，则结构在地震作用下发生摇摆，通过自重或预应力使结构复位，形成自复位结构。自复位结构与普通结构的不同在于，普通结构通过材料本身来连接各结构构件，而自复位结构通过预应力筋提供的预压力来连接各结构构件。当普通结构在受到较大的水平外力作用时，结构本身的材料必然会发生屈服或破坏，不可避免的造成了结构的损伤。同时由于钢材与混凝土材料的塑性变形，残余变形也将难以避免；当自复位结构所受外力超过了构件间预压力所能提供的抗力时，各结构构件间的接缝打开，发生节点打开或柱脚提离等现象。当自复位结构变形较大时，变形几乎全部集中于构间接缝的位置，而结构构件本身并不会发生破坏。在外力卸载后，构件间的接缝在预压力的作用下闭合，各构件也随之恢复到初始位置，完成自复位。
2 连接处构造
各构件位于节点位置的接触界面是摇摆及自复位结构最容易产生损伤的位置。如果不合理控制接触界面的损伤，过大的塑性变形不仅会降低结构的复位能力，预应力的损失也会危及到结构的竖向承载能力。因此，如何合理地设计结构的节点区域是自复位框架研究的关键问题。
2.1 PRESS计划中有自复位能力的梁柱节点
1993年美国的PRESS计划中提出有自复位能力的梁柱节点构造[3-4]，节点的构造见。该节点采用无粘结预应力筋为节点提供可靠的恢复力，并使用角钢包裹梁端边缘以保护接触界面。节点内设置了少量贯穿节点的耗能钢筋。结果表明采用该构造措施的节点能有效的减轻损伤并实现自复位，同时具有一定的耗能能力。
2.2 防损伤的梁柱节点
Prisetley等[5]提出的另一种具有自复位能力的梁柱节点构造。该节点利用螺旋箍筋提高梁端接触界面附近混凝土的强度与延性，结果表明螺旋箍筋有效保证了梁端受压区域混凝土的完整性。Solberg等[6]提出了一种防损伤的梁柱节点。该节点采用角钢来保护梁端受压区的混凝土，在柱身与梁端的接触界面安装了钢板来保护柱身。为了使得梁内纵筋参与到界面受力中，梁端的保护角钢与梁内的纵筋通过连接键连接在一起，进一步减小了梁端的混凝土损伤。为了增加节点的耗能能力，金属耗能装置被安装在梁柱的接缝位置。
2.3摩擦阻尼器耗能梁柱节点
Morgen等[7]提出了一种利用摩擦阻尼器耗能的梁柱节点构造。该节点在梁端采用螺旋箍筋来减轻混凝土的损伤，并在梁端的上下边缘设置摩擦阻尼器以增加节点的耗能能力。
2.4 有钢靴保护的自复位节点
Song等[8]提出了一种利用钢靴来保护自复位节点的构造方式，进行了单跨一榀框架的拟静力试验。模型的所有柱脚与梁端均采用钢靴进行保护，并设置了钢板以保护柱身与基础。该节点在梁端设置了摩擦阻尼器以增加节点的耗能能力。由于保护措施的完善，模型在试验后仅在钢靴与混凝土交界的位置发现了轻微的混凝土剥落，基本达到了无损的要求。
3 结论与展望
3.1小结
上述所有自复位节点的关键构造可以归纳为三个主要类别：1）是为结构提供可靠弹性恢复力的构造，包括预应力系统与文献［１］中的柱脚橡胶约束；2）是为减小接触界面在开合过程中的损伤而提供保护功能的构造，包括位于梁端的角钢．螺旋箍筋、钢板、钢靴等构造；3）是增加节点耗能能力的构造，包括耗能钢筋、阻尼器与文献［１］中的角钢。
第1类与第2类构造是自复位结构所必须的。保持弹性的恢复力保证了自复位结构在大变形下的复位能力，接触界面的保护措施减小了构件的损伤，确保结构不会由于过大的局部塑性变形而失去复位能力。第3类构造为结构提供额外的附加阻尼，降低了结构在地震作用下对承载力与变形能力的需求，弥补了自复位结构耗能能力不足的缺陷。
3．2展望
可恢复功能抗震结构在抗震设计理念上更前进了一步，可更有效地减少地震所造成的经济损失和对社会的影响。但仍有可以更进一步的地方：1）为了增强自复位结构的耗能能力，可考虑在自复位节点处增设消能减震部件；2）为了达到更好的抗震效果，可与调频减震技术、消能减震技术和隔震技术等混合使用。3）为了方便在工程上应用，需要对可恢复功能结构的设计和施工方法、构造措施开展充分的研究，形成技术规程可供相关技术人员查询使用。
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