新型自复位钢结构体系研究进展

韩建平王晓燕

（1．兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室，兰州730050；2．兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，兰州730050）

新型自复位钢结构体系研究进展

韩建平1，2，王晓燕1，2

（1．兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室，兰州730050；2．兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，兰州730050）

摘 要自复位钢结构体系不仅可减少甚至消除结构震后的残余变形，还可联合消能减震装置增加结构耗散地震能量的能力，因而具有很好的工程应用前景。在对自复位钢结构体系的构成与特点进行简单介绍的基础上，系统地对已经提出的多种新型自复位钢结构体系进行归类总结，重点从自复位钢框架体系、自复位钢框架支撑体系、自复位钢板剪力墙体系以及自复位消能减震装置4个方面阐述了不同结构体系的构造形式、基本原理及其研究现状，最后指出了自复位钢结构体系发展中需进一步研究的问题。

关键词自复位，消能，预应力，残余变形，钢结构

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

传统的钢结构体系通过自身材料特性和结构变形来抵抗地震动，耗散地震能量，可能震后没有倒塌但却往往有很大的残余变形，或者在结构的某些薄弱部位发生脆性破坏。这些变形以及破坏，增加了震后结构加固及修复的难度。1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中，钢结构焊接梁柱节点出现了大量的脆性破坏，北岭地震及震后修复造成了超过150亿美元的损失，这使得人们不得不重新审视并寻求更好的钢结构梁柱连接节点［1－2］。

基于此，Ricles等设计了一种具有自复位（Self-Centering，SC）能力的钢框架梁柱节点——后张预应力节点（Post-Tensioned Connection，PT Connection）。研究表明，采用后张预应力节点的钢框架具有足够的强度、刚度、延性及自复位能力，经历很大变形后仍能保证梁柱不损伤，结构几乎没有残余变形，这种结构不仅具有良好的抗震性能，还减少了震后结构的修复难度［3－4］。近几年，国内外研究者们纷纷致力于自复位钢结构体系的开发研究，提出了自复位钢框架、自复位钢框架－支撑、自复位钢板剪力墙等结构体系，也开发研究了具有自复位能力的消能减震装置。

国内从2010年起开始自复位结构体系的研究。郭彤等介绍了自定心（自复位）钢框架抗震性能的研究进展，并进行了自定心预应力混凝土框架节点的试验研究工作［1，5－7］。潘振华等在国内外关于自复位新型钢结构体系研究的基础上，对其结构体系与受力特点进行了总结与分析，并模拟分析了一种具有自复位能力的钢框架节点的力学性能［8－9］。吕西林等提出了结构抗震设计的新概念——可恢复功能结构，周颖等综述了摇摆结构和自复位结构的研究进展［10－11］。刘璐等提出了一种自复位防屈曲支撑，并对其进行了拟静力试验研究［12］。

本文在对自复位钢结构体系构成进行简要分析的基础上，重点对国外近几年提出的新型自复位钢结构体系，包括自复位钢框架体系、自复位钢框架－支撑体系、自复位钢板剪力墙体系、自复位消能减震装置，围绕各体系的构造形式、基本原理和研究现状等方面进行综述，最后指出自复位钢结构体系发展中需进一步深入研究的问题。

2 自复位钢结构体系构成及基本特征

周颖等将自复位结构定义为：如果放松约束的结构在地震作用下首先发生一定的弯曲变形，超过一定限值后发生摇摆，通过预应力使结构回复到原有位置的结构［11］。自复位结构体系需具备三部分：①可发生摇摆的连接或构件，如梁柱连接节点；②复位元件，如预应力钢绞线、形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）等；③耗能元件或装置，如角钢、耗能钢筋、阻尼器等。结构自复位的实现，这三部分缺一不可。在传统抗震结构（已有耗能元件）的基础上，放松结构基础或连接处的约束，加入复位元件，使结构的滞回曲线呈现“旗型”，则形成自复位结构［11，13－14］。同时，若改变其中一个或多个组成部分的形式或材料，即可形成文中所述不同的新型自复位结构体系。如根据结构的变形特征，改变放松约束的位置；通过开发高性能材料，选择适合结构体系的预应力材料；在结构体系中加入不同的耗能元件或装置。不同的自复位结构体系归根结底是三种基本组成部分结合的产物。

自复位钢结构体系具有以下基本特征：

（1）以传统抗震结构为基础，以预应力为途径，以减少甚至消除结构的残余变形和增加结构的耗能能力为目标；

（2）可根据结构抗震需求，通过改变复位元件与耗能元件或装置而调整结构刚度，使结构具有不同的自复位能力；

（3）结构的塑性变形及破坏集中在耗能元件或装置，可保证主体结构（梁、柱）保持弹性，减少结构震后修复的难度；

（4）耗能部分可实现可更换，减少结构震后修复困难与周期；

（5）自复位钢结构形式多样，大部分构件可在工厂预制加工，减少了现场焊接的麻烦。

当然，后张预应力节点需要现场张拉预应力钢绞线，同时为减少预应力损失，提高了对钢绞线锚固的需求。

3 自复位钢框架体系

3．1 自复位钢节点

自后张预应力节点——PT节点提出后，研究者们开始探究PT节点的构造、力学性能与设计方法等，并进行了大量的试验与分析研究，主要集中于：①PT节点的参数分析［8，12］；②在PT节点中引入不同的耗能元件，如角钢、耗能钢筋及摩擦件等［4－7，15－20］。特别地，文献［15－20］将摩擦件分别置于梁的上下翼缘、只置于下翼缘和置于梁腹板处，形成了具有不同力学性能的PT节点，也提出了更适用于框架结构的节点形式。文献［1，2，8，10－11，21］已对自复位钢框架节点做了较为系统完整的综述。

3．2 自复位钢框架的框架扩展特性

近年来，自复位钢框架（Self-Centering Moment-Resisting Frame，SC MRF）的研究重点已逐渐从节点转移至整体结构体系上。在地震作用下，SC MRF通过PT节点绕梁上、下翼缘的转动实现结构的自复位与耗能，但由于PT节点的绕动，梁柱接触面交替开合，引起SC MRF扩展（frame expansion）现象，此现象对自复位钢框架体系的设计是不可忽略的，这就要求对结构进行必要的特殊设计来与框架扩展协调变形或者完全消除框架扩展现象。

一方面，研究者们提出了特殊的楼板体系设计以协调框架扩展变形。2007年，Garlock等提出通过集合梁（collector elements）将PT框架与楼板体系连接，集合梁可将楼面惯性力传递给抗侧力框架［22］。这种体系中，仅以集合梁代表楼板体系。Garlock等提出了考虑楼板体系对框架影响的PT钢框架基于性能的抗震设计方法，分析了楼板强度、刚度以及集合梁数量等对SC MRF地震响应的影响，提出了表征楼板体系对框架梁内力影响的方程表达式，并讨论了将该连接措施应用于工程实际应考虑的问题［23］。2011年，Chou等提出了图1所示的可滑移组合楼板的楼板连接方案以消除楼板对SC MRF扩展的约束［24－25］。该方案中，PT框架的框架柱为预应力钢管混凝土组合柱，梁为钢梁。对于两跨的PT框架，压型钢板组合楼板仅与其一跨刚性连接，而在PT框架的另一跨与楼板次梁的连接处安装滑移装置，楼板再与次梁刚接，以允许PT框架与楼板体系的相对滑移。文中对包含一榀PT框架、两榀重力框架（gravity frame）的单层2×2跨的缩尺模型进行了振动台试验，主要研究了楼板对框架扩展的影响、模型结构的地震响应及PT梁中的压力变化。试验结果表明，试件具有自复位能力，残余变形仅为0．01%。不同于仅采用PT节点的自复位钢框架体系，上述PT框架的框架柱没有采用固定基础，而是放松柱底基础，利用预应力钢筋将框架柱与基础夹紧。这一做法是基于柱的约束条件来影响自复位框架的地震响应，因为限制自复位钢框架扩展的因素除了楼板还有柱，而且当柱底固定时框架底层的残余变形较大。

图1　楼板体系详图［25］Fig．1 Details of the slab system［25］

除此之外，2009年，Kim等提出了考虑框架扩展因素的装有摩擦耗能装置的PT框架的设计方法，并将其推广运用于其它自复位框架结构体系［26］。2010年，Chou等提出了一种计算柱抗弯刚度与梁内压力大小的分析方法并对其进行了验证，该方法模拟了与各层梁柱节点开口相协调的柱变形模式［27］。由于柱变形模式取自于低层钢框架的柱变形，所以该方法仅适用于中低层和低层结构。另外，Chou等将自复位技术同时应用于节点与框架柱，即形成PT节点和PT柱，对PT框架进行了构件试验。同时对试件的PT节点和PT柱底采用转动弹簧模型提出试件的三维分析模型。采用数值模拟与试验相结合的方法，研究了柱底约束对框架抗震性能的影响，结果表明，PT框架的底层残余变形减小而最大层位移增大，相比于柱底固定，PT框架中柱对底层楼板的约束大大减小［28］。

另一方面，研究者们提出了不产生框架扩展现象的自复位钢框架体系。2011年，在自复位钢板剪力墙的研究中，Dowden等提出了如图2所示的两种新型节点：绕梁中心线转动的PT节点与New Z-BREAKSS节点［29－30］。

图2　SC SPSW的两种新型PT节点［30］Fig．2 Two types of PT connection of SC SPSW［30］

这两种节点同样可以应用于SC MRF中。与绕梁翼缘转动的节点不同，这两种节点的预应力钢绞线均在梁跨内截断。而且，在这两种节点中，梁柱接触面间预留有一定间距以供节点受力时绕动，不会额外增加柱间间距而使框架扩展。另外，2013年，Darling等还提出一种新型的具有自复位能力的钢梁，其构造如图3所示［31］。采用这种自复位钢梁的钢框架（Self-Centering Beam Moment Frames，SCB MFs）在地震作用下柱间间距保持不变，消除了框架扩展现象。SCB MF不仅在大震下可几乎完全消除残余变形还可将结构的损伤集中于图中所示的“保险丝”，便于结构震后修复。

图3　SCB MF构造［31］Fig．3 SCB MF configurations［31］

4 自复位钢框架－支撑体系

4．1 自复位框架中心支撑体系

潘振华等将常规材料支撑分为两类：一类是Roke等提出的自复位中心支撑框架体系（Self-Centering Concentrically-Braced Frame，SC CBF），通过竖向布置的预应力直接对支撑体系整体施加预应力，实现结构的自复位性能［32－33］；另一类是支撑本身具有自复位与耗能能力［8］。Christopoulos等提出由钢支撑元件——内部元件（inner steel member）与外部元件（outer steel member）、耗能组件及预应力构件组成的自复位耗能支撑体系（Self-Centering Energy Dissipative bracing system，SCED），并对其进行理论分析与试验验证，验证结果表明该支撑体系在循环荷载作用下滞回性能稳定，但在预应力钢绞线变形超过弹性极限后，体系会丧失自复位能力［34］。

为提升自复位支撑的变形能力，周中哲等提出了钢双核芯自复位斜撑（steel dual-core self-centering braces），第一核芯构件由H型钢构成，第二核芯构件由两方形钢管组成，放置于由长方形钢管组成的外围构件内，各构件的长度皆相同，并于构件两端盖上内层与外层端板。该支撑通过界面的相对位移产生摩擦消能，通过两组核芯受压构件与两组预应力构件，使斜撑的变形量在拉力构件相同应变下大幅增加（或在相同斜撑变形量下，斜撑的拉力构件应变量减少一半）。对该支撑应用复合纤维材料棒为预应力构件进行抗震试验。试验结果表明，钢双核芯自复位斜撑不仅具有耗能与自复位能力，在相同层间位移角下，其预应力构件的变形量是传统单核芯自复位斜撑预应力构件的一半［35］。

Erochko等提出了图4所示伸缩式自复位耗能支撑（Enhanced-elongation Telescoping Self-Centering Energy Dissipative Brace，T SCED）［36］。其原理与周中哲等提出的钢双核芯自复位斜撑一样，只是构造形式不同。该新型支撑在传统SCED支撑的基础上加入了与内外元件平行放置的中间滑移元件（‘floating’intermediate steel member），使其允许再加入一组预应力构件，因此，改进的支撑就由两组预应力构件共同平均地承受支撑的变形。如果每组预应力构件的变形能力与传统的SCED支撑的相同，则T SCED支撑的最终伸长能力为传统SCED支撑的两倍。另外，文中还指出可以在此种改进体系中加入2个或更多的中间元件以增加SCED支撑的变形能力。多伦多大学对装有加入1个中间元件的T SCED支撑的足尺框架系统进行了伪静力与拟动力试验，并对其进行混合模拟试验，试验中T SCED能够发生位移为层高的3．9%，并可实现完全自复位。因此，钢双核芯自复位斜撑和T SCED支撑的变形范围增大，满足了大变形结构的需求。

图4　T SCED支撑设计［36］Fig．4 T SCED brace design［36］

不同于Roke等提出的支撑，O’Reilly等提出了图5所示的自复位中心支撑，它将自复位钢框架结构中的预应力节点与普通钢管支撑结合，在地震作用下通过梁柱节点的摇摆由预应力元件提供回复力，通过钢管支撑的塑性变形耗能［37］。该支撑体系还有一个关键的特点是支撑与梁柱通过角板连接，角板在转动节点（rocking connection）处并没有和梁、柱都焊接，而只与梁焊接以允许节点转动。利用OpenSees对该体系进行数值模拟，验证其响应方程，并对设计实例进行时程分析，结果表明该体系具有自复位特性，残余变形满足设计要求，梁、柱和预应力构件均保持弹性，支撑延性也满足要求。

图5　SC CBF的总体布置［37］Fig．5 General configuration of a SC CBF［37］

4．2 自复位框架偏心支撑体系

偏心支撑体系的消能段在地震作用下发生塑性变形，为减少震后消能段的残余变形，Cheng等将自复位思想运用到偏心支撑中，形成自复位偏心支撑体系（Self-Centering Eccentrically Braced Frame，SC EBF）［38］。在这种体系中，放松消能梁段与相邻梁段的接触面约束，结构发生位移时预应力钢筋提供回复力，形成了类似于PT节点的转动节点。首先，Cheng等对5个足尺的单层单跨偏心支撑体系进行了侧向循环加载试验，并加入了耗能元件摩擦阻尼器或角钢来提高体系的耗能能力。试验变量为耗能装置类型、阻尼器的夹紧力和角钢规格。其次，对该体系的力－位移关系进行了理论推导。最后，将分析结果与试验结果进行了对比。结果表明，该体系可以实现结构自复位，利用文中提出的分析模型也可以得到EBF的力－位移关系。在体系中加入耗能装置可改善自复位偏心支撑体系的抗震性能。

4．3 自复位屈曲约束支撑

2011年，Miller等研究了自复位屈曲约束支撑（Self-Centering Buckling-Restrained Brace，SC BRB）的基本原理与抗震性能，如图6所示［39］。SC BRB是在传统的屈曲约束支撑基础上引入超弹性材料形状记忆合金（SMA），其设计与制作可直接利用已有的普通屈曲约束支撑的设计方法和构造方法。在地震作用下，SC BRB结构主要通过屈曲约束支撑的变形耗能、预应力SMA提供回复力来控制变形。研究人员设计了1／2缩尺模型对SC BRB的数值模拟模型进行验证与改进，以进一步对体系进行非线性动力分析，寻求最适合自复位屈曲约束支撑框架体系的设计方法、构造要求与分析模拟方法。

图6　SC BRB组成元件［39］Fig．6 SC BRB components［39］

5 自复位钢板剪力墙体系

自复位钢板剪力墙体系（Self-Centering Steel Plate Shear Walls，SC SPSW）是将薄钢板剪力墙与PT节点相结合形成的高性能抗震体系，如图7所示。钢板墙结构单元由内嵌钢板（Web Plate）及边缘框架梁（Horizontal Boundary Element，HBE）、柱（Vertical Boundary Element，VBE）组成。其中，梁柱在目标位移下基本保持弹性，结构损伤集中于钢板，将其作为可更换的耗能“保险丝”［40－41］。为研究开发自复位钢板剪力墙体系，美国开展了由国家科学基金会资助的“NEESR-SG：Smart and Resilient Steel Plate Shear Walls”的研究项目，该项目着眼于两个主要问题：①开发研究自复位钢板剪力墙体系；②解决钢板剪力墙的实际应用问题。

2010年，Berman等根据基于性能的抗震设计方法初步设计了一个含PT节点的三层SC SPSW结构，并提出了一种分析模型，运用OpenSees软件对所设计的原型结构进行分析［42］。非线性时程分析结果表明，SC SPSW不仅具有自复位能力，还能满足所有关键的特定性能目标，包括小震下保持弹性、中震下可自复位、大震下不倒。2012年，Dowden等关注了SC SPSW中梁的行为与设计方法［40］。根据承载能力设计原理，以框架梁（HBE）为隔离体，分析其受力特性，基于钢板墙的屈服得到了HBE所受弯矩、剪力和轴力的表达式，最终提出了SC SPSW体系中HBE和PT节点的设计方法，且节点的设计方法适用于任何绕梁翼缘转动的PT节点（图7（b））。同时，Clayton、Berman和Lowes等基于结构的性能目标拟定了SC SPSW的抗震设计方法和建模的分析方法。运用提出的抗震设计流程，设计了一系列位于加利福尼亚州高烈度地震区的3层和9层的建筑物，并对这些建筑物输入分别代表大中小三种地震作用的地震动记录进行非线性动力时程分析，各项性能目标表明SC SPSW体系不仅可以自复位，还可达到理想的抗震性能目标［41］。

图7　自复位钢板剪力墙体系简图［41］Fig．7 Schematic diagram of a SC SPSW［41］

SC SPSW体系和构件的抗震响应还通过一系列伪静力试验和振动台试验进行了验证。目前，Winkley等对4个SC SPSW的子构件进行子结构伪静力试验，研究了不同设计参数对整体结构在循环荷载下响应的影响以及对构件的设计需求［43－44］。试验结果与理论分析结果符合，设计合理的SC SPSW体系可以自复位，具有较高的强度、刚度及耗能能力。在子结构试验的基础上，为研究验证SC SPSW结构整体性能，Clayton等对3 层1／3缩尺的SC SPSW体系进行了伪静力试验和振动台试验［45］。由于框架扩展（frame expansion）的影响，造成楼板的严重破坏，同时楼板对柱扩展的制约会对梁的轴向要求增高，因此，在本次研究中，还采用了如图2所示的两种新型PT节点［30，45］。

6 自复位消能减震装置

被动消能减震装置，如阻尼器，在地震作用下自身也会发生永久变形，从而影响其减震效果的发挥或影响结构的正常使用。为此，具自复位功能的消能减震装置的研究日益增多，其核心思想是在被动消能减震装置中引入智能材料（如SMA）或预应力元件，减少甚至消除其残余变形，形成自复位消能减震装置。

6．1 自复位阻尼器

1995年，Clark等首先提出了基于SMA的阻尼器，将超弹性材料SMA引入阻尼器，使其具有很好的耗能能力［46］。在此基础上，Dolce等又加入了一组SMA作为复位装置，使阻尼器同时具有自复位与耗能能力［47］。随后，出现了各种构造形式的自复位SMA阻尼器，主要由SMA提供回复力［48－50］。

2008年，Ma等提出了一种由两组预应力SMA和两个预压弹簧组成的自复位SMA阻尼器，如图8所示［51］。

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

不同于之前的SMA阻尼器，预压弹簧用来提供回复力，是有效可靠的回位组，而SMA束用作耗能。研究分析结果表明，装有自复位阻尼器的结构的层间位移可有效减小［50，52－53］。2011年，Ma等为得到准确描述自复位SMA阻尼器的力－位移关系的模型，对Ma和Cho提出的SMA阻尼器进行了模拟［54］。文中耗能组（SMA）采用BoucWen模型，回位组（弹簧）采用刚－弹性模型进行模拟，提出了一种自复位阻尼器的数学建模方法并对其可行性验证，表明该方法简单有效，可以准确预测阻尼器的力－位移关系。然后，对2个底层装有所提出的阻尼器的钢框架进行振动台试验，缩尺比例为1／4，并采用所提出的数学模型对其进行动力时程分析，结果表明，自复位阻尼器可有效减少结构的楼层位移和层间位移角，在结构抗震应用中具有很高的价值。

6．2 自复位混合装置

2010年，Yang等对支撑框架所提出的一种同时具有耗能与自复位能力的混合装置进行研究与评估［55］。该混合装置主要有三部分：提供回复力的SMA束、耗能撑杆和引导装置运动的高强钢管。该装置可以装配在结构的梁和支撑之间或者作为结构的支撑，如图9所示。研究者还提出了此种装置的设计方法，并据其设计了装有此装置的三层结构，分别对其进行弹塑性与动力分析，结果表明该体系不仅具有与屈曲约束支撑体系相同的耗能能力，而且具有自复位性。

2011年，Karavasilis等将自复位构件与黏弹性阻尼器组装成自复位粘弹性阻尼装置（Self-Centering Viscoelastic Damping Device，SCVDs）［56］。其可能的构造形式如图10所示。第一种构造形式相似于Christopoulos提出的SCED支撑［34］，第二种构造形式为Zhu等提出的自复位摩擦阻尼支撑［48］。对装有此装置的钢框架进行分析研究，发现由于残余变形的显著减小和楼层位移、加速度和速度的减小，框架的结构和非结构性能均得到提高。Cesare等对分别装有屈服型阻尼器（hysteretic dampers）和黏滞复位装置（visco-recentring devices，SMA＋VD）的钢框架体系进行了试验分析与数值模拟［57］。SMA＋VD装置是由黏滞阻尼器和SMA组成的混合装置，如图11所示。另外，Ozbulut等提出了一种用于抵抗近场地震的复位变摩擦装置（Re-centering Variable Friction Device，RVFD）。该混合装置由两部分构成：SMA和变摩擦阻尼器（Variable Friction Damper，VFD）。SMA用来耗能与提供震后装置的复位，VFD通过调整电压实现智能控制以使其自适应半主动响应。装有该混合装置的三层结构的分析结果表明，近场地震作用下该装置可以减小结构的最大位移响应，还可以显著减小结构的残余变形［58］。

图10　SCVD的构造形式［56］Fig．10 Configurations of the SCVD［56］

图11　SMA＋VD装置［57］Fig．11 Overview of the SMA＋VD device［57］

2012年，Braconi等提出一种新型的自复位钢装置（Steel Self-Centering Device，SSCD），如图12所示［59］。该装置主要有三个组成部分：骨架（skeleton）、耗能元件（dissipative elements）和预应力元件（pretension elements）。与Christopoulos等提出SCED的原理一样，该装置也是将屈曲耗能体系与钢预应力体系结合，预应力体系提供回复力以实现结构的自复位［33］。整个装置完全为钢材，耗能元件也是由钢保险丝制作，震后很容易更换。文献［59］首次阐述了该装置的工作机理，通过改变各元件的机械性能，对该装置进行了参数分析，还研究了不同等级的钢材对耗能元件性能的影响，目的是选择最适合该装置的小规格易更换的钢保险丝，最后对足尺SSCD进行了试验以研究其整体性能。

图12　SSCD的主要组成元件［59］Fig．12 Main elements of the SSCD［59］

7 结论与展望

作为高性能抗震体系的一种有效形式，自复位钢结构体系还具有修复快、可更换的特点，具有很好的工程应用前景。目前，国内外在这一领域已有一些研究成果，但总体而言尚处于起步阶段，特别是国内，还未对此进行更深入、系统地研究。为推进自复位钢结构体系的发展，尚需对下列问题进行进一步的探究：

（1）研究各类自复位钢结构体系的整体抗震性能，细化研究自复位节点与装置在结构体系中的响应。文中所述的大部分自复位钢结构体系的研究处于对结构子构件的初步试验与理论分析阶段，部分体系也仅限于概念认识，对结构体系层面的研究还很少。对于新提出的两种消除框架扩展的新型节点与各种自复位消能减震装置在体系中的响应也只有初步的试验与分析研究，一些结构构造细节尚需进一步改进。

（2）研究体系基于性能和可靠度的概率设计方法。目前的研究大多属于确定性分析，基本上未考虑地震输入和结构自身的不确定性。基于性能和可靠度的概率设计理念已逐步被纳入到结构设计体系中，因此有必要开展自复位体系在不同设防烈度、不同性能水准要求下的抗震可靠度研究，以更加科学合理地评估各类自复位钢结构体系的性能。

（3）研究基于残余侧移的结构抗震性能评估与设计方法。目前各国规范基本均以最大层间侧移角作为抗震性能评估和设计的主要指标，但震后调查和理论研究均表明，在基于性能的抗震设计中，应该引入残余层间侧移作为抗震性能评估的补充指标，特别是涉及结构震后可修性评估时这一指标就显得更加重要。

（4）研究主体结构与非结构构件的相互作用与影响。自复位结构中存在可转动的连接部位，对结构整体带来很多不可预知的影响，这就需要协调主体结构与非结构构件的相互作用，合理设计非结构构件，避免非结构构件给结构构件带来不利的约束，如楼板构造对自复位钢框架体系的框架扩展的约束。

（5）提高自复位结构的实用性和经济性。目前提出的多种自复位结构消能装置都需要使用智能材料SMA，这种材料价格昂贵，很难在工程应用中普遍推广。同时，很多自复位钢支撑与混合装置构造还比较复杂，也较难直接应用于实际工程。基于此，需要进一步开发研究构造简单、造价低廉的自复位钢结构体系与装置，同时尽量实现结构构件的可更换，降低结构震后的修复难度。

参考文献

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基金项目：甘肃省科技支撑计划项目（1204FKCA126）；甘肃省建设科技攻关资助项目（2011-18）联系作者，Email：jphan＠lut．cn

收稿日期：2015－03－31