对几种软钢阻尼器的研究
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第２０４１２ ６卷年第４２期月
Ｉ·Ｊ之材
Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎ￣ Ｍ ａｔｅｒｉ口
Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ，２０１６ பைடு நூலகம்
对 几 种 软 钢 阻 尼 器 的研 究
马洁琼 ，朱朝艳
（辽 宁工业 大 学 ，辽宁 锦州 １２１０００）
摘 要 ：现今 ，建 筑高度 随 时在 刷新 纪 录，外形也 越
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｎｏｗａｄａｙｓ， ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ’ｈｅｉｇｈｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ
ｈｉｇｈｅｒ，ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ａｌｓｏ ａ ｒｅ ｍｏｒｅ ｎｏｖｅｌ， ｔｈａｔ Ｓ ｗｈｙ ｏｕｒ
ｃｏｍｍ ｏｎ ｇｏａｌ ｉｓ ｆ ｉｎｄｉｎｇ ａ ｍ ｏｒｅ ｅｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｄｉｓｓｐａｔｅ ｅｎｅｒｇｙ． Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ｍａｋｉｎｇ
（Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｊｉｎｚｈｏｕ １２１０００，Ｃｈｉｎａ）
术正是这样一种新 型 的主动 防灾减 灾技术 ，它采用 具有 较 大耗能能力 的阻尼器作 为结构 的某些 非承 重构件 （如 支撑 、 节点 、楼层 空间等 ），利用 其变 形来耗 散能 量。在小 震弱 风 时 ，结构处于弹性状 态 ，本 身就具 有足 够 的抗 侧 刚度 来满 足正常使用要求 ；当大震 强风 时 ，随着结 构侧 向变形 的增 大 ，阻尼器 先于承重 结构 构件进 入非 弹性 状态 ，产生 较大 阻尼力 ，集 中耗散掉一部分能量 ，以减 轻结构 的振动反应 ， 从 而达到减震的 目的 。我 国 ２０１０年公 布并实施 的 ＧＢ５００１１ — ２０１０（建 筑抗 震设 计规范 》中关 于隔震 消能设 计方 面也有 明 确 规 定 。
作者简介 ：马洁琼（１９９０一），女 ，河南许 昌人 ，在读研 究生，研 究方向； 结 构 优 化 设 计 。
１ 剪切 板 阻尼器
剪切板 阻尼 器 由腹板 、侧 翼缘 和端连 接板 组成 ，通过 中间钢板 的剪切 变形来 消耗地震产 生的能量 。Ｋｉｖｏｓｈｉ Ｔａｎａ— ｋａ等 在 １９９９年通过设置合理 的加劲肋改善 了由于增加腹 板 宽厚 比而使 主体结 构先 屈服 的情况 ，由于腹 板被加 劲肋 分 割成数块 小型 剪切板 ，变相地 减小 了其 宽厚 比 ，使 腹板 截 面上 多点 同时达到 屈服 ，有 效提 高延性 的 同时改善 了滞 回环发 生的 拟合 现象 ，并且 刚度 和 强度 均没 有 产生 退 化 ， 但考虑 到焊 缝 的残余 应 力 等 因素对 阻尼 器 稳定 性 的影 响 ， 加劲肋 的数 目要 合理 限制 。２０１０年 ，王强 提 出一种 新型 剪切板 阻尼器 ，即在腹板 上开三个 上下并排 的椭 圆形孔 洞 ， 外轮廓 为弧形 ，随后 运用 ＡＢＡＱＵＳ软 件进 行数值 模拟 分析 其力学性能 ，无 明显 应力集 中现 象 ，比较 地震作 用下 安装 该阻尼器 的框架 的模 拟与 实验数 据 ，结果 表 明该 阻尼 器可 明显 降低结 构顶 层 的绝对位移 。杜德月 、张汝涛 在 ２０１ １ 年运用 ＥＴＡＢＳ建立钢框架模 型 ，输入地震 波后 ，对 比原结 构 与安装剪 切板 阻尼器 的模 型的位 移 、速度 ，加速度 时程 曲线 ，其各 项数 据 都有 所减 小 ，达到 了 较好 的 耗能 目的。 ２０１１年 ，Ｇ．Ｇｏｒｔｅｓ等 调整 了条形 阻尼器 的一 些参数 并将 其安装在上下层 梁之 间 ，以起 到 了保 护梁 柱及其 结点 的作 用 ，通过对 阻尼 器试 件进行 数值 仿真模 拟 和参数分 析 ，找 出阻尼器 的最优形 状 ，最后 将其 安装在 结构 中 ，对安装 和 未 安 装 阻尼 器 的 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 进 行 试 验 ，通 过 对 比 发现条形 阻尼器是一种性 能 良好 的减震 耗能装置。
ｍｉｌｄ ｓｔｅｅｌｉｎｔｏ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ｙｉｅｌｄ ｓｔａｔｅ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．
Ｔ ｈ ｅ ｐａｐｅｒ ｉｓ ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｉｌｄ ｓｔｅｅｌ ｄａｍｐｅｍ ｂｏｔｈ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ｂ ｏ ａｒｄ， ｗｈｉｃｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎ ｄ ｐｒｏｐ－ ｅｒｔｙ． Ｆｉｎａ ｌｌｙ， ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｔｈｅｒ ｄｅ— ｖｅｉｏｐｍｅｎｔ ａ ｒ ｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
已经开发和利用 的阻 尼器形 式各 异 ，常用 的有软 钢 阻 尼 器。软钢 是一种 硬度小 ，含碳 量低 的低碳 钢 ，其强 度稍 小但 塑性高 ，因而软钢 阻尼器 具有稳 定 的 良好 的低周 疲劳 特性 、滞 回特性 ，可不受 环境 温度 的影 响 ，而且方便 安装 ， 易 于更换 。以下 是几 种较 为常见和新近开发的阻尼器 。
加标新立异 ，因此 ，更有效 的 消能减震 方 式成 为人 们共 同
的追求。本文介 绍 了一 种新 型抗震 设计 方法 ，即利用软 钢
阻尼器先于主体 结构进入 屈服 状 态来耗散 能 量，随后 分析
了几 种 不 同形 式 的 软 钢 阻 尼 器 的 构 造 和 性 能 ，最 后 提 出 一
些在未来发展 中有待探 索的 问题 。
关 键 词 ：软 钢 阻尼 器 ；消 能 减 震 ；滞 回 曲线
中图分类号 ：ＴＵ３５２．１
文献标 志码 ：Ａ
文章编号 ：１６７２—４０１１（２０１６）０２—００６３一ｏ３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１ １．２０１６．０２．０３２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｏｍｅ Ｍ ｉｌｄ Ｓｔｅｅｌ Ｄａｍｐｅｒｓ ＭＡ Ｊｉｅｑｉｏｎｇ，ＺＨＵ Ｃｈａｏｙａｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｉｌｄ ｓｔｅｅｌ ｄａｍｐｅ ｒ； ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ； ｈｙ— ｔｅｒｉｒｔｉＣ ｃｕｒｖｅ
０ 前 言
地震是一种破 坏力 极强 的 自然 灾害 ，而 我 国恰 好 位于 世界上两个最活 跃 的地 震带 之 间，地 震带来 了巨大 的人员 伤亡 和经济财产 损失 ，１９７６年唐 山 ７．８级大 地震 ，伤亡 近 ４０万人 ，直经济损失 达近百 亿元人 民币 ，更 为惨 烈 的还有 发生在 ２００８年 ５月 １２日的汶川地震 。我们发现建筑物 的倒 塌不仅 直接夺 去 了人们 宝贵 的生命 ，还 是火 灾 、疾病 等严 重 的次生灾 害 的源 头 ，因此 ，提 高建 筑工程 的抗 震能 力是 减轻地震灾 害的根本 途径 。
传统 的结构抗震 设计 是通 过加强 自身 的强度 和 刚度来 提高结构 的抗震 能力 和规范 的抗 震设 防标准 ，主要途 径有 增强 自身尺 寸、使用高 强混 凝土 等 ，主要依 据构 件 的变形 来耗散地震输入 能量 ，但 这种方 式容 易超 出预算 而且 缺乏 自我调节能力 。 自 １９７２年 Ｊ．Ｔ．Ｐ．Ｙａｏ…提 出结构 控制 的概 念后 ，各 国工程师们 才将控 制理 论和 控制 系统 引入结 构工 程 中 ，从此 开启 了新 型抗震 设计 的大 门。结 构 消能减 震技
Ｉ·Ｊ之材
Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎ￣ Ｍ ａｔｅｒｉ口
Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ，２０１６ பைடு நூலகம்
对 几 种 软 钢 阻 尼 器 的研 究
马洁琼 ，朱朝艳
（辽 宁工业 大 学 ，辽宁 锦州 １２１０００）
摘 要 ：现今 ，建 筑高度 随 时在 刷新 纪 录，外形也 越
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｎｏｗａｄａｙｓ， ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ’ｈｅｉｇｈｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ
ｈｉｇｈｅｒ，ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ａｌｓｏ ａ ｒｅ ｍｏｒｅ ｎｏｖｅｌ， ｔｈａｔ Ｓ ｗｈｙ ｏｕｒ
ｃｏｍｍ ｏｎ ｇｏａｌ ｉｓ ｆ ｉｎｄｉｎｇ ａ ｍ ｏｒｅ ｅｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｄｉｓｓｐａｔｅ ｅｎｅｒｇｙ． Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ｍａｋｉｎｇ
（Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｊｉｎｚｈｏｕ １２１０００，Ｃｈｉｎａ）
术正是这样一种新 型 的主动 防灾减 灾技术 ，它采用 具有 较 大耗能能力 的阻尼器作 为结构 的某些 非承 重构件 （如 支撑 、 节点 、楼层 空间等 ），利用 其变 形来耗 散能 量。在小 震弱 风 时 ，结构处于弹性状 态 ，本 身就具 有足 够 的抗 侧 刚度 来满 足正常使用要求 ；当大震 强风 时 ，随着结 构侧 向变形 的增 大 ，阻尼器 先于承重 结构 构件进 入非 弹性 状态 ，产生 较大 阻尼力 ，集 中耗散掉一部分能量 ，以减 轻结构 的振动反应 ， 从 而达到减震的 目的 。我 国 ２０１０年公 布并实施 的 ＧＢ５００１１ — ２０１０（建 筑抗 震设 计规范 》中关 于隔震 消能设 计方 面也有 明 确 规 定 。
作者简介 ：马洁琼（１９９０一），女 ，河南许 昌人 ，在读研 究生，研 究方向； 结 构 优 化 设 计 。
１ 剪切 板 阻尼器
剪切板 阻尼 器 由腹板 、侧 翼缘 和端连 接板 组成 ，通过 中间钢板 的剪切 变形来 消耗地震产 生的能量 。Ｋｉｖｏｓｈｉ Ｔａｎａ— ｋａ等 在 １９９９年通过设置合理 的加劲肋改善 了由于增加腹 板 宽厚 比而使 主体结 构先 屈服 的情况 ，由于腹 板被加 劲肋 分 割成数块 小型 剪切板 ，变相地 减小 了其 宽厚 比 ，使 腹板 截 面上 多点 同时达到 屈服 ，有 效提 高延性 的 同时改善 了滞 回环发 生的 拟合 现象 ，并且 刚度 和 强度 均没 有 产生 退 化 ， 但考虑 到焊 缝 的残余 应 力 等 因素对 阻尼 器 稳定 性 的影 响 ， 加劲肋 的数 目要 合理 限制 。２０１０年 ，王强 提 出一种 新型 剪切板 阻尼器 ，即在腹板 上开三个 上下并排 的椭 圆形孔 洞 ， 外轮廓 为弧形 ，随后 运用 ＡＢＡＱＵＳ软 件进 行数值 模拟 分析 其力学性能 ，无 明显 应力集 中现 象 ，比较 地震作 用下 安装 该阻尼器 的框架 的模 拟与 实验数 据 ，结果 表 明该 阻尼 器可 明显 降低结 构顶 层 的绝对位移 。杜德月 、张汝涛 在 ２０１ １ 年运用 ＥＴＡＢＳ建立钢框架模 型 ，输入地震 波后 ，对 比原结 构 与安装剪 切板 阻尼器 的模 型的位 移 、速度 ，加速度 时程 曲线 ，其各 项数 据 都有 所减 小 ，达到 了 较好 的 耗能 目的。 ２０１１年 ，Ｇ．Ｇｏｒｔｅｓ等 调整 了条形 阻尼器 的一 些参数 并将 其安装在上下层 梁之 间 ，以起 到 了保 护梁 柱及其 结点 的作 用 ，通过对 阻尼 器试 件进行 数值 仿真模 拟 和参数分 析 ，找 出阻尼器 的最优形 状 ，最后 将其 安装在 结构 中 ，对安装 和 未 安 装 阻尼 器 的 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 进 行 试 验 ，通 过 对 比 发现条形 阻尼器是一种性 能 良好 的减震 耗能装置。
ｍｉｌｄ ｓｔｅｅｌｉｎｔｏ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ｙｉｅｌｄ ｓｔａｔｅ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．
Ｔ ｈ ｅ ｐａｐｅｒ ｉｓ ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｉｌｄ ｓｔｅｅｌ ｄａｍｐｅｍ ｂｏｔｈ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ｂ ｏ ａｒｄ， ｗｈｉｃｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎ ｄ ｐｒｏｐ－ ｅｒｔｙ． Ｆｉｎａ ｌｌｙ， ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｔｈｅｒ ｄｅ— ｖｅｉｏｐｍｅｎｔ ａ ｒ ｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
已经开发和利用 的阻 尼器形 式各 异 ，常用 的有软 钢 阻 尼 器。软钢 是一种 硬度小 ，含碳 量低 的低碳 钢 ，其强 度稍 小但 塑性高 ，因而软钢 阻尼器 具有稳 定 的 良好 的低周 疲劳 特性 、滞 回特性 ，可不受 环境 温度 的影 响 ，而且方便 安装 ， 易 于更换 。以下 是几 种较 为常见和新近开发的阻尼器 。
加标新立异 ，因此 ，更有效 的 消能减震 方 式成 为人 们共 同
的追求。本文介 绍 了一 种新 型抗震 设计 方法 ，即利用软 钢
阻尼器先于主体 结构进入 屈服 状 态来耗散 能 量，随后 分析
了几 种 不 同形 式 的 软 钢 阻 尼 器 的 构 造 和 性 能 ，最 后 提 出 一
些在未来发展 中有待探 索的 问题 。
关 键 词 ：软 钢 阻尼 器 ；消 能 减 震 ；滞 回 曲线
中图分类号 ：ＴＵ３５２．１
文献标 志码 ：Ａ
文章编号 ：１６７２—４０１１（２０１６）０２—００６３一ｏ３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１ １．２０１６．０２．０３２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｏｍｅ Ｍ ｉｌｄ Ｓｔｅｅｌ Ｄａｍｐｅｒｓ ＭＡ Ｊｉｅｑｉｏｎｇ，ＺＨＵ Ｃｈａｏｙａｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｉｌｄ ｓｔｅｅｌ ｄａｍｐｅ ｒ； ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ； ｈｙ— ｔｅｒｉｒｔｉＣ ｃｕｒｖｅ
０ 前 言
地震是一种破 坏力 极强 的 自然 灾害 ，而 我 国恰 好 位于 世界上两个最活 跃 的地 震带 之 间，地 震带来 了巨大 的人员 伤亡 和经济财产 损失 ，１９７６年唐 山 ７．８级大 地震 ，伤亡 近 ４０万人 ，直经济损失 达近百 亿元人 民币 ，更 为惨 烈 的还有 发生在 ２００８年 ５月 １２日的汶川地震 。我们发现建筑物 的倒 塌不仅 直接夺 去 了人们 宝贵 的生命 ，还 是火 灾 、疾病 等严 重 的次生灾 害 的源 头 ，因此 ，提 高建 筑工程 的抗 震能 力是 减轻地震灾 害的根本 途径 。
传统 的结构抗震 设计 是通 过加强 自身 的强度 和 刚度来 提高结构 的抗震 能力 和规范 的抗 震设 防标准 ，主要途 径有 增强 自身尺 寸、使用高 强混 凝土 等 ，主要依 据构 件 的变形 来耗散地震输入 能量 ，但 这种方 式容 易超 出预算 而且 缺乏 自我调节能力 。 自 １９７２年 Ｊ．Ｔ．Ｐ．Ｙａｏ…提 出结构 控制 的概 念后 ，各 国工程师们 才将控 制理 论和 控制 系统 引入结 构工 程 中 ，从此 开启 了新 型抗震 设计 的大 门。结 构 消能减 震技