2009年，美日学者首次将“可恢复功能城市”（Resilient City）作为地震工程合作的大方向［178］。自此，可恢复功能抗震结构（Earthquake Resilient Structure）成为地震工程中的一个新方向，可恢复功能结构［175］是指地震后不需修复或者稍加修复就可恢复使用功能的结构，目前主要有3种结构形式：自复位结构［179-180］、摇摆结构［181-182］和带可更换构件的结构［183-184］。

摇摆及自复位结构是放松结构与基础或构件间约束，使结构与基础或构件间接触面处仅有受压能力而无受拉能力，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。带有可更换构件的结构体系［185］是将结构某部位强度削弱，或在该部位设置延性耗能构件，将削弱部位或耗能构件设置为可更换构件，并与主体结构通过方便拆卸的装置连接。

以下对本章主要研究的可更换剪力墙的研究进展加以叙述：

可更换剪力墙是将剪力墙容易发生破坏的部位用可更换的构件替换，以求在强震作用后通过更换可更换构件，来达到建筑结构快速恢复使用的效果。可更换构件需要具有一定耗能能力，更换部位一般为剪力墙的连梁中部及剪力墙的墙趾处。

目前，对可更换剪力墙的研究主要集中在连梁中和墙趾处设置可更换的耗能构件上。2007年，为保护连梁不被局部破坏，Fortney等提出了一种带“保险丝（Fuse）”的钢连梁，如图8.1所示：中间部分削弱腹板的厚度作为保险丝，与两边部分通过端板用高强螺栓相连。这为钢连梁在损伤后快速修复提供了新思路：通过削弱跨中构件以形成保险丝，使墙肢和连梁与墙肢连接的部分保持无损，将非弹性破坏集中在可更换的保险丝上。

图8.1　带“保险丝”的钢连梁［186］

2013年，吕西林等［187］对可更换连梁设计了3种不同类型的“保险丝”耗能构件，如图8.2所示，并对带可更换连梁的双肢剪力墙抗震性能进行了试验研究［188］。研究结果表明：腹板开菱形孔的“保险丝”具有剪切变形较小，耗能能力较强的特点，可适用于剪切变形较小的连梁；管内灌铅的“保险丝”可应用于跨高比较大的可更换连梁，并可设计成弯曲屈服型可更换连梁；截面内灌铅双层腹板的“保险丝”的综合性能最优，适用范围较广。实际应用中可根据不同的结构形式、不同的连梁跨度进行优选，以充分发挥各自的优势。

图8.2　“保险丝”耗能构件［184］

2016年，邵铁峰等［189］对采用耗能角钢连接的连梁进行了试验研究，如图8.3所示。该部件可更换梁与原型梁具有相同的弹性抗弯刚度，能控制梁的损伤部位与破坏模式，梁的荷载-位移曲线饱满，耗能能力较好，更换损伤的耗能角钢后，梁可以恢复原有的力学性能。

图8.3　采用耗能角钢连接的连梁

2017年，吕西林等［190］对双筒体混凝土结构中的可更换连梁的抗震性能进行了试验研究，研究发现：可更换连梁能够将破坏集中于可更换构件上，通过可更换构件耗能并集中塑性变形，而两端非屈服段连接梁保持弹性。同时，可更换连梁的设置可减小墙根部的应变反应。

对于单肢剪力墙，其可更换研究主要集中在墙趾处设置可更换构件，通过将剪力墙墙趾处易破坏的钢筋混凝土区域替换为耗能构件，保护剪力墙其余部位不受破坏。

2010年，Ozaki等对低层住宅提出了一种脚部带有可更换构件的剪力墙体系，如图8.4所示。该体系将耗能钢阻尼器作为“保险丝”置于折叠钢板墙的墙角，可更换构件可以在拉力和压力的反复作用下发生塑性变形，进而耗散地震能量，使剪力墙保持完整，抵抗竖向和水平荷载。这种剪力墙与传统剪力墙体系相比，也具有较高的耗能能力和抗震性能，有助于提高建筑系统的可持续性。

图8.4　带有可更换耗能钢阻尼器的钢板剪力墙［196］

2011年，吕西林和毛苑君［191］提出了一种用叠层橡胶阻尼器作为可更换墙脚构件的钢筋混凝土剪力墙，如图8.5所示。剪力墙脚部支座的中部为叠层橡胶，两侧为软钢板，上下通过连接板与混凝土主体墙和基础连接。在反复荷载作用下，通过软钢板承受倾覆力矩下的拉力，通过叠层橡胶承受一部分压力。

图8.5　带可更换叠层橡胶阻尼器的钢筋混凝土剪力墙［203，204］(www.daowen.com)

在文献［191］中，提出了可更换脚部支座剪力墙设计方法：①根据剪力墙边缘约束构件的尺寸来确定可更换支座的大体尺寸；②根据剪力墙边缘约束构件的配筋来确定可更换支座的抗拉强度；③根据剪力墙墙体的受压条件来确定可更换支座的抗压强度；④可更换支座的抗压能力应大于替换掉的钢筋混凝土的抗压能力；⑤不考虑可更换支座的抗剪强度，可增加主体墙在支座高度范围内的水平分布钢筋来补偿墙体的抗剪承载力。

毛苑君通过试验表明：与普通剪力墙相比，带可更换脚部构件的剪力墙的水平承载能力略低，但变形能力是普通剪力墙的2倍，耗能能力在屈服点时明显比普通墙的高，后期耗能能力没有明显提高，这主要与结构本身的塑形变形和可更换耗能构件的变形能力不够有关。

2016年，刘其舟、蒋欢军［192］提出了一种不同的可更换墙脚构件，如图8.6所示。可更换墙脚构件包括：防屈曲软钢内芯、钢管混凝土及预紧自填充单元，可更换墙角构件设置在两侧墙趾，并用钢板加强剪力墙的下部。通过有限元软件分析发现：新型剪力墙耗能良好，附加的钢板有利于结构保持足够的刚度及承载力。

图8.6　带可更换墙脚构件的剪力墙［205］

2017年，Liu Q.Z.和Jiang H.J.［193］提出了一种新型的可更换耗能构件，如图8.7所示。通过对带有新型可更换耗能构件的剪力墙的试验表明：其破坏主要集中在可更换构件上，带有可更换墙角的新型剪力墙的承载力、延性和耗能能力均明显优于传统剪力墙。

图8.7　可更换墙脚耗能构件［206］

目前，国内外对可更换剪力墙的研究主要集中在钢筋混凝土剪力墙的可更换设计上，而可更换波形钢板剪力墙却鲜有研究，因此，对可更换波形钢板剪力墙的受力变形性能和抗震性能等还有待深入研究。