摘要
摘要
在地震作用下，传统钢框架结构一般通过节点和主体构件的塑性变形消耗
能量，震后产生节点脆性破坏或结构整体较大残余变形，从而出现修复困难或
无法修复、修复成本高昂等问题。自恢复结构具备减轻主体构件损伤、控制损
伤位置、震后基本没有残余变形，可以快速修复并投入正常使用的优点。本文
提出一种可更换耗能型自恢复节点，推导自恢复系数、阐述设计理论、进行节
点设计及性能研究，将节点应用于整体框架结构中，进行自恢复钢框架设计及
性能有限元分析。主要研究内容及成果如下：
为实现震后基本无残余变形的目标，对可更换耗能型自恢复钢节点理论滞
回曲线进行分析，推导得到节点实现完全自恢复的条件，给出自恢复系数的
?
定义及当?时节点能实现完全自恢复的理论分析结论。阐述相应设计理论，
≥
1
对于节点承载力验算，阐述可更换耗能型自恢复节点等效中性轴理论、计算方
法；对于整体结构，介绍考虑柱弯曲及楼板约束作用的框架梁轴力增量计算方
法，用于框架梁整体稳定验算，防止构件屈曲破坏。
运用自恢复系数，结合国内规范标准，阐述完整可更换耗能型自恢复钢
?
节点设计方法，对自恢复系数?=1.1、1.3、1.5、1.7、1.9的节点进行设计，
并编写Python迭代计算程序，计算节点等效中性轴及验算承载力。采用
ABAQUS进行节点有限元分析，首先对不同自恢复系数的节点进行往复荷载
有限元分析，得到节点承载力相同或相近下，自恢复系数与自恢复性能和耗能
能力提升百分比之间的线性关系，量化节点自恢复性能和耗能能力与自恢复系
数的关系；并综合节点自恢复性能和耗能能力，给出自恢复系数设计推荐取
值：?=1.3-1.7；接着将自恢复系数?=1.5的可更换耗能型自恢复钢节点与螺
杆连接节点进行对比分析，结果表明：可更换耗能型自恢复钢节点震后整体性
能表现更优异，同时保证节点具备一定的耗能能力；最后对可更换耗能型自恢
复钢节点进行自恢复系数参数分析，探究自恢复系数的准确性和合理性，结果
表明：节点的自恢复系数相同，节点的自恢复性能和耗能能力也相同，验证了
自恢复系数的准确性以及自恢复系数与自恢复性能和耗能能力关系的准确性。
采用基于位移抗震设计方法计算钢框架结构基底剪力，从而得到钢框架内
力，对一榀五层三跨钢框架进行可更换耗能型自恢复钢节点设计，运用
ABAQUS对自恢复钢框架、焊接钢框架、螺杆连接钢框架进行动力弹塑性时
程分析，结果表明：自恢复钢框架能够降低结构各层最大位移和残余位移，就
-I-
摘要
顶点残余位移而言，比焊接钢框架降低65.2%，比螺杆连接钢框架降低
84.3%。对自恢复钢框架进行自恢复系数参数分析，探究自恢复系数在整体框
架中应用的准确性，结果表明：自恢复系数在整体框架结构中仍然适用，自恢
复系数相同，自恢复钢框架的整体自恢复性能也相同。并对自恢复钢框架进行
柱脚优化设计，将摇摆柱脚与自恢复钢框架结合，能够提升框架整体自恢复性
能，改善自恢复钢框架柱脚损伤。
关键词:自恢复结构；自恢复系数；钢框架；残余变形；滞回曲线；摇摆柱脚
-II-
Abstract
Abstract
Duringearthquake,traditionalsteelframestructuresusuallydissipate
energythroughplasticdeformationofjointsand