软钢阻尼器的研究综述

! "#$%"#&'()*+ Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等［３］于 １９８９年设计并研制出 Ｘ形加劲阻尼器，并 进行相关试验研究。试验结果表明 Ｘ形加劲阻尼器具有较强的 耗能能力和稳定的滞回性能，但存在不能消除竖向轴力影响的问 题。１９９３年 Ｔｓａｉ等［４］在 Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等人的基础上进行了改进，设 计并制作出三角形加劲阻尼器，进行低周反复荷载试验。结果表 明三角形加劲阻尼器消除了 Ｘ形加劲阻尼器存在的竖向轴力对 阻尼器影响的问 题，是 一 种 理 想 的 阻 尼 器 形 式。 近 年 来，陈 清 祥 对 Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等人提出的加劲阻尼器的基础上，设计并制作开孔式 制震板阻尼器（ＨＡＤＡＳ）［５］，在矩形钢板上开菱形孔，试验结果表 明在地震作用下钢板的每个截面同时屈服，达到材料用量和耗能 能力的良好优化设计。 １９９５年欧进萍等［６］对摩擦型和软钢屈服型（Ｘ钢板和三角钢 板）阻尼器进行了大量试验研究，包括静力反复加载和低周疲劳 试验，详细的对比 了 这 些 阻 尼 器 的 减 震 效 果，建 立 了 此 类 阻 尼 的 恢复力模型和参数计算方法。随后吴斌等［７］在此实验的基础上 分析其耗能机理，并 且 进 行 了 大 量 的 疲 劳 验 算，得 出 相 应 的 疲 劳 参 数，建 立 了 软 钢 阻 尼 器 的 弹 塑 性 应 力 分 析 方 法 及 疲 劳 设 计 准 则。１９９７年吴斌等［８］发现薄膜效应是钢板屈服阻尼中一个不可 忽略的因素，结合之前的研究成果，提出薄膜应力的计算方法，建 立疲劳验算准则。２００４年李冀龙、欧进萍［９，１０］基于软钢的 ＲＯ本 构关系和双线性本构关系，分别推导并建立了三角形和 Ｘ形钢板 阻尼器的阻尼力 模 型，将 得 到 的 阻 尼 力 模 型 与 试 验 数 据 对 比，验 证 了 阻 尼 力 模 型 的 正 确 性，在 误 差 允 许 范 围 内 可 应 用 于 实 际 工 程。２０１５王桂萱等 分 ［１１］ 别采用理想弹塑性模型、双线性随动强
２ 阻尼器的类型
目前应用于实际工程和研究的阻尼器种类很多，从阻尼器与 速度和位移的相 关 性 来 划 分，可 以 分 为 速 度 相 关 型 阻 尼 器、位 移 相关型阻尼器、复合型阻尼器；从受力状态上可以分为弯曲型、剪 切型、弯剪型和扭 转 型 阻 尼 器；从 耗 能 机 理 来 划 分 可 以 分 为 摩 擦 阻尼器、弹塑性阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器和电磁感应式 阻尼器；从制作阻 尼 器 所 需 材 料 可 以 分 为 金 属 阻 尼 器、粘 滞 阻 尼 器、粘弹性阻尼器和新型材料阻尼器。
地震作为众多自然灾害中的一种，由于其具有突然性和严重 破坏性的特点，给人类带来巨大的灾难。中国的地震活动主要分 布在台湾省、西 南 地 区、西 部 地 区、华 北 地 区 及 东 南 沿 海 地 区。 １９７６年中国唐山发生 ７．８级地震，２００８年四川汶川发生“５·１２” ８级地震，２０１３年四川雅安发生 ７．０级地震。地震造成的直接灾 害就是房屋和构 筑 物 的 破 坏，从 而 间 接 造 成 人 畜 的 伤 亡，在 唐 山 地震中，７０％ ～８０％的建筑物破坏倒塌，造成严重的人员伤亡，因
金属的弹塑 性 变 形 是 消 耗 地 震 作 用 最 简 单、有 效 的 方 法 之 一，金属阻尼器根据制作材料，可以分为钢阻尼器、铅阻尼器和记 忆合金阻尼器，钢 阻 尼 器 又 包 括 软 钢 阻 尼 器 和 低 屈 服 点 钢 阻 尼 器。由于软钢在进入塑性后表现出优秀的延性和滞回特性，有较 好的变形跟踪能 力，环 境 条 件 对 其 力 学 性 能 也 没 有 明 显 的 影 响， 因此被用来制作不同类型的软钢阻尼器应用于实际工程中。目 前已知的软钢阻 尼 器 主 要 包 括 加 劲 阻 尼 器、圆 环 阻 尼 器、剪 切 钢 板阻尼器、无粘结支撑、蜂窝状阻尼器、Ｌｕａｒａ型阻尼器等类型。
结构耗能减震技术［２］是在建筑结构的节点、支撑、剪力墙、联 结缝和相邻建筑物等部位设置阻尼器，通过结构相对变形带动阻 尼器产生摩擦、弯 曲、剪 切 等 弹 塑 性 滞 回 变 形 来 耗 散 地 震 传 入 结 构中的能量，减少 主 体 结 构 地 震 反 应，把 破 坏 部 位 转 移 到 阻 尼 器 上，从而避免主体结构产生破坏，达到减震控震的目的。
摘 要：简述了耗能减震原理，从不同的材料、不同的耗能机制、不同的构造介绍了阻尼器的类型。详细的分析了三种典型的软钢
阻尼器：加劲阻尼器、圆环阻尼器、剪切钢板阻尼器，指出其具有构造简单、性能可靠、应用范围广的特性。
关键词：地震，耗能减震，软钢阻尼器
中图分类号：Ｐ３１５．９
文献标识码：Ａ
Байду номын сангаас
０ 引言
３ 典型的软钢阻尼器
此越来越多的学者和专家投入到耗能减震技术在建筑结构中的
研究。
１ 耗能减震原理
普通结构的抗震 性 能 是 通 过 提 高 结 构 本 身 的 强 度、刚 度、延 性等性能来实现抵抗地震作用的功能，即由建筑结构本身来承担 地震传来的能力，属于消极被动的抗震方式［１］。由于地震到来的 不确定性，人们常 常 不 能 确 定 地 震 的 强 度 和 特 性，所 以 根 据 传 统 抗震方法设计的结构可能无法满足结构的安全要求，造成结构严 重损坏甚至倒塌，从而造成重大经济损失和大量人员伤亡。
３．１ 加劲阻尼器
加劲阻尼器由相互平行的不同形状的钢板（Ｘ形、三角形、开 孔板）通过固定装置组成，如图 １所示，安装在人字形支撑的顶部 连接框架梁。在地 震 作 用 下，相 对 变 形 引 起 支 撑 产 生 剪 切 运 动， 带动加劲阻尼器中的钢板产生弯曲变形，通过钢板的弹塑性滞回 变形消散传入结构的能量，达到耗能减震的目的。
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第 ４５卷 第 ２０１９年
１３期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＪＶａｏｎｌ．． ４５２Ｎ０１ｏ９．３
文章编号：１００９６８２５（２０１９）０３００５６０３
软钢阻尼器的研究综述
冯广志 张如玉 卓于清 李国东
（东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５００４０）