结合目前科研团队所做的工作，可恢复功能防震的设计原理可分为4类［6］：摇摆机制、自复位机制、可更换机制和耗能机制。其中，可更换机制和耗能机制是可恢复功能防震结构的核心机制，摇摆机制和自复位机制是通过特殊的构造将结构某一构件人工制造成一种可更换机制或耗能机制。

1）摇摆机制通过适当放松上部结构与基础顶面的约束来实现，该措施使得接触面只能承受压力，不能承受拉力；地震发生时，在水平倾覆力矩的作用下，上部结构能在接触面处发生一定的向上移动，结构发生摇摆，而结构本身不发生太大的弯曲变形，进而在一定程度上避免了结构构件的损伤。例如，Sarti［7］等在2015年提出的摇摆柱-剪力墙混合系统，如图1.2所示。

图1.2　摇摆柱-剪力墙混合系统

2）自复位技术可以减小或消除结构进入塑性阶段产生的残余变形，即当撤出外力作用时，结构的顶点位移可以慢慢恢复到零。其滞回曲线一般关于原点呈中心对称。通过在结构中添加自复位装置（预应力拉索、弹性框架等）并设计使其在一定地震水平下保持弹性，使结构可以在震后恢复原位，将自复位和摇摆机制、耗能机制组合，可以实现更高效的可恢复功能防震结构［8］。例如2013年Clayton［9］提出的自复位剪力墙结构，如图1.3所示。

3）耗能机制是将地震输入的能量集中在可更换的阻尼装置中，是可恢复功能防震结构兼顾结构安全和可恢复功能的另一个核心机制［10］。添加耗能装置后可以一定程度上减小结构的残余变形，同样会带来最大变形的减小。耗能机制一般只有在与可更换机制合作使用时，才能实现结构的震后可恢复性能。如图1.3中在剪力墙墙趾处添加的耗能装置。

图1.3　自复位耗能剪力墙

4）可更换机制要求在尽量减少对结构使用功能影响的前提下，实现可更换、易更换和快速更换，是可恢复功能防震结构的核心机制之一［11］。对于可更换，要求结构的耗能构件、结构柱或自复位构件与结构构件并行布置，使构件的更换不影响结构的正常功能；对于易更换，则要求可更换部件实现模块化设计和多级可更换，以便于更换；对于快速更换，要求结构在设计和构造上尽量将可更换部件集中设置，以减少维修时间和功能中断时间。例如，2017年陈聪［12］等人进行了10个连梁可更换构件的拟静力试验研究，可更换构件置于连梁中部，通过可更换连接与两端混凝土非屈服段相连。可更换构件采用剪切钢板形式，腹板为低屈服点钢材BLY225，其余部位为普通钢材Q235，可更换连接采用螺栓端板，如图1.4所示。

图1.4　反复加载试验示意(www.daowen.com)

2014年，毛苑君［13］等人将可更换技术应用于剪力墙中，在剪力墙墙趾处设置阻尼器安置腔，并添加阻尼器，从试件的试验现象、抗侧承载力、变形能力、阻尼变化等方面分析对比普通剪力墙和新型剪力墙的抗震性能。试件的结构形式如图1.5所示。

图1.5　带墙脚可更换构件的剪力墙