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现今社会发展对工程结构的抗震新要求之一为实现强震后工程结构、城市乃至整个社会快速恢复正常使用功能。设计并建造可恢复功能抗震新结构是实现可恢复功能城市的重要手段。为了减小钢框架结构在震中的最大变形与震后的残余变形，并实现结构的震后可恢复性功能，本文以墙板与钢框架连接协同工作性能为对象，结合新型自复位耗能单元与预应力控制技术，提出了一种钢框架—自复位SRC墙板结构体系(Steel frame-self-centering steel reinforced concrete wall panels with replaceable energy dissipation devices)(简称SF-SSW结构体系)。通过试验研究和理论分析对SF-SSW体系的抗震性能、计算理论以及设计方法进行了系统的研究，主要研究内容如下：
1、研发SF-SSW结构体系并开展足尺模型试验研究
设计了6个SF-SSW结构部件足尺模型，对其进行水平低周反复加载试验。分别考察了钢框架、自复位墙板、耗能装置的受力特点、破坏形式、承载能力、刚度退化、滞回性能及耗能性能。各类SF-SSW结构部件的受力特征相近，均体现出较好的自复位性能和耗能性能。结构的受力机制表现为三个典型的阶段，分别为墙板转动、耗能板屈服及预应力筋屈服，为该结构体系的性能指标量化值的确定、恢复力模型的建立、非线性分析及抗震设计方法提供试验依据。
2、揭示SF-SSW结构部件受力性能的影响因素
采用ABAQUS有限元软件建立SF-SSW结构部件有限元模型，并进行非线性全过程数值模拟及变参数分析。
(1)预应力筋几何参数和初始预应力值是影响结构受力性能的重要影响因素。增大预应力钢筋的直径可显著提高结构的初始刚度及承载力；增大预应力筋的初始预应力，对结构的初始刚度及承载力影响较小，但会削弱结构的耗能能力。
(2)耗能板几何参数对结构耗能能力影响最大。耗能板板厚增大一倍，结构的初始刚度提升近30%，承载力提升约40%，耗能性能提升约90%，自复位性能降低约80%。
(3)墙板宽度和钢梁截面尺寸对结构的各项受力性能均有较大影响。墙板宽度增大50%，结构的初始刚度及承载力约增大200%及150%，耗能能力及自复位性能约降低40%及10%；钢梁截面尺寸的增大，结构的自复位能力、初始刚度及承载力均有所提升。
3、建立SF-SSW结构的计算方法研究
在结构简化分析模型的基础上，分别推导了各变形阶段考虑梁约束变形和墙板倾覆变形的结构抗侧刚度计算公式。基于结构体系典型的三阶段破坏特征，提出了SF-SSW结构处于各个受力阶段的受力模型及相应的计算简图，建立了该类结构的受剪承载力计算公式。确定了结构的骨架曲线模型，并通过提出强度比系数β定义了加、卸载准则，推导出影响模型的重要参数计算公式，建立了SF-SSW结构的恢复力模型。
4、SF-SSW结构体系地震响应分析研究
建立整体结构的简化模型，对SF-SSW结构开展了静力弹塑性推覆分析和动力时程分析。结果表明：SF-SSW结构经历了从耗能板屈服、到梁端屈服，最终在梁端及柱端均出现塑性铰的塑性发展过程。通过改进的能力谱法得到了SF-SSW结构在罕遇地震作用下的目标位移，在不同地震作用下，结构能力曲线与罕遇、设防地震下的弹塑性需求谱均有交点，结构最大层间位移角均小于规范限值，满足大震下的抗震性能需求。结构震后自动复位优势明显，残余变形显著降低，自复位墙板结构大大减缓了主要承重构件的塑性发展，使结构抗震性能更优越，便于结构震后继续使用及其修复工作。
5、SF-SSW结构体系基于性能的抗震设计方法研究
在试验研究和地震相应分析的基础上，将SF-SSW结构在地震作用下的失效判别标准划分为4个性能水准，并给出了对应于不同性能水准的结构层间位移角限值，建立了适用于SF-SSW结构体系基于性能的抗震设计方法，并通过算例验证了所提出抗震设计方法的合理性。
本文的研究工作，论证了新型钢框架-自复位SRC墙板结构体系的合理性和优越性，并为该类结构在实际工程中的推广应用提供了试验依据和理论指导。
1、研发SF-SSW结构体系并开展足尺模型试验研究
设计了6个SF-SSW结构部件足尺模型，对其进行水平低周反复加载试验。分别考察了钢框架、自复位墙板、耗能装置的受力特点、破坏形式、承载能力、刚度退化、滞回性能及耗能性能。各类SF-SSW结构部件的受力特征相近，均体现出较好的自复位性能和耗能性能。结构的受力机制表现为三个典型的阶段，分别为墙板转动、耗能板屈服及预应力筋屈服，为该结构体系的性能指标量化值的确定、恢复力模型的建立、非线性分析及抗震设计方法提供试验依据。
2、揭示SF-SSW结构部件受力性能的影响因素
采用ABAQUS有限元软件建立SF-SSW结构部件有限元模型，并进行非线性全过程数值模拟及变参数分析。
(1)预应力筋几何参数和初始预应力值是影响结构受力性能的重要影响因素。增大预应力钢筋的直径可显著提高结构的初始刚度及承载力；增大预应力筋的初始预应力，对结构的初始刚度及承载力影响较小，但会削弱结构的耗能能力。
(2)耗能板几何参数对结构耗能能力影响最大。耗能板板厚增大一倍，结构的初始刚度提升近30%，承载力提升约40%，耗能性能提升约90%，自复位性能降低约80%。
(3)墙板宽度和钢梁截面尺寸对结构的各项受力性能均有较大影响。墙板宽度增大50%，结构的初始刚度及承载力约增大200%及150%，耗能能力及自复位性能约降低40%及10%；钢梁截面尺寸的增大，结构的自复位能力、初始刚度及承载力均有所提升。
3、建立SF-SSW结构的计算方法研究
在结构简化分析模型的基础上，分别推导了各变形阶段考虑梁约束变形和墙板倾覆变形的结构抗侧刚度计算公式。基于结构体系典型的三阶段破坏特征，提出了SF-SSW结构处于各个受力阶段的受力模型及相应的计算简图，建立了该类结构的受剪承载力计算公式。确定了结构的骨架曲线模型，并通过提出强度比系数β定义了加、卸载准则，推导出影响模型的重要参数计算公式，建立了SF-SSW结构的恢复力模型。
4、SF-SSW结构体系地震响应分析研究
建立整体结构的简化模型，对SF-SSW结构开展了静力弹塑性推覆分析和动力时程分析。结果表明：SF-SSW结构经历了从耗能板屈服、到梁端屈服，最终在梁端及柱端均出现塑性铰的塑性发展过程。通过改进的能力谱法得到了SF-SSW结构在罕遇地震作用下的目标位移，在不同地震作用下，结构能力曲线与罕遇、设防地震下的弹塑性需求谱均有交点，结构最大层间位移角均小于规范限值，满足大震下的抗震性能需求。结构震后自动复位优势明显，残余变形显著降低，自复位墙板结构大大减缓了主要承重构件的塑性发展，使结构抗震性能更优越，便于结构震后继续使用及其修复工作。
5、SF-SSW结构体系基于性能的抗震设计方法研究
在试验研究和地震相应分析的基础上，将SF-SSW结构在地震作用下的失效判别标准划分为4个性能水准，并给出了对应于不同性能水准的结构层间位移角限值，建立了适用于SF-SSW结构体系基于性能的抗震设计方法，并通过算例验证了所提出抗震设计方法的合理性。
本文的研究工作，论证了新型钢框架-自复位SRC墙板结构体系的合理性和优越性，并为该类结构在实际工程中的推广应用提供了试验依据和理论指导。