新型转动摩擦阻尼器在建筑工程中的应用paper

新型转动摩擦阻尼器在建筑工程中的应用

Imad Mualla 1，曹铁柱2，廖膺铨2

（1丹麦DAMPTECH公司，哥本哈根, 2800; 2捷成工业，北京100005）

[摘要] 介绍了丹麦Mualla博士研发的一种基于转动概念的摩擦阻尼系统，这种阻尼器工作原理清晰，模型种类多样，从制作到安装都非常简单。对于地震、大风等动力荷载引起建筑结构的振动控制效果很好，目前已通过多个大型国际试验室的测试，并已在日本、印度和希腊等地震多发国家广泛应用。这些测试研究和实际工程表明，转动摩擦阻尼器是采用消能减震技术的优选之一。

[关键词] 转动摩擦阻尼器;消能减震系统; 隔震系统

中图分类号：文献标识码：文章编号：

作者简介：Imad Mualla，DAMPTECH技术总监，Email：ihm@。

A new rotational friction concept damper for vibration control of buildings

Imad Mualla 1，Cao Tiezhu 2，Kelvin Liu 2

（1DAMPTECH ，Copenhagen，2800；2. Jebsen Industrial，Beijing 100005, China）

Abstract：The latest technology of the rotational friction damper developed by Dr. Mualla from DAMPTECH, Denmark was introduced. The rotational friction damper has advantage of simplicity for both its construction and installation. The rotational friction damper has a wide-range of application. It can be applied to the structural seismic protection, wind resistance and other structural vibration control, al l with very proven results. The damper’s capability for energy dissipation has been extensively tested and studied in various leading laboratories and the technology is widely adopted in some countries with high earthquake-occurrences, e.g. Japan, India and Greece. Both the experiments and real-life projects show a very position result for the technology. Keywords：rotational friction damper; energy dissipation and seismic system; base isolation system

0 前言

结构设计中使用阻尼器的目的主要是帮助结构耗散地震输入能量,节省造价,保护结构和非结构在震动中的安全，避免破坏。

本文将主要介绍丹麦DAMPTECH公司Mualla 博士发明的一种新型转动摩擦阻尼器，这种阻尼器可用于结构的抗震、抗风和其他振动控制。目前，该设备已在世界范围内大量测试和应用，通过这些广泛的测试研究和工程应用表明，转动摩擦阻尼器具有很好的耗能能力。

这种阻尼器通过了丹麦科技大学和日本Takenaka公司研究中心的测试。从测试和有限元分析软件数值模拟得到的比较结果显示，两种情况下阻尼器性能表现拟合效果非常好。

结构抗震计算分析研究表明，结构整体地震反应受一些自身振动特征值影响较大，如阻尼比、场地类别、抗侧刚度和结构基本周期等。改善结构阻尼属性可以通过各类阻尼设备实现，这些阻尼器主要通过消能减震和基础隔震方式加入到结构中。摩擦阻尼器可以高效提高结构阻尼比从而改善结构的动力反应。

这种摩擦阻尼器从制作到安装都很简单。由于选材特殊，减震效果明显，经济性很高，如出现意外情况造成阻尼器损坏，还可以进行非常简单的更换和调整。

1 摩擦阻尼器应用方法简介

由于结构自身的阻尼比较小，因此在地震设防烈度较高的地区建造建筑时，为了减小结构和构件的受力和变形，可考虑额外加设耗能系统。在结构中使用转动摩擦概念的阻尼器是一个不错的选择。

安装这种阻尼器最常采用V形支架的方式，这种方式可以使阻尼器高效地耗散地震能量。本文将详细讨论摩擦阻尼器在这种安装系统中的应用。

这种阻尼器还可以应用在隔震系统中。隔震系统中选用阻尼器的目的在于通过减小地震力和变形保护结构整体性和防止结构的损坏[1]。几种典型的隔震系统类型已经被提出和研究[2，3]。随着世界各地不同国家采用隔震系统项目数量的不断增加，隔震系统已经多次证明了它的价值。很多隔震系统选用了摩擦阻尼器作为阻尼部分，因为这种设备的成本较低，但耗能能力强，控制效果好，而且安装和维护都很简单。一些摩擦设备已经通过了测试[4，5]，其中一些摩擦阻尼器已经在世界各地的建筑物中使用。另外，基础隔震系统也经常采用粘弹性阻尼器[6]。

本文还将提出几种新的阻尼系统的应用模式。

2 转动摩擦阻尼器的工作机制

摩擦阻尼器（RFD）是基于旋转摩擦概念的阻尼器，见图1。这种设备由几个钢板（长板和横板）和钢板间节点处放置的碟状摩擦片组成。通过高强螺栓、蝶形弹簧、垫圈组件及压力分配板对钢板施加压力。阻尼器在中位（零变形）时，短向板同长向板相垂直，当阻尼器受到动力荷载作用时，短向板开始以螺栓为中心转动，阻尼器将产生延长或缩短的单向变化效果，节点处的相对转动将产生钢板与摩擦材料之间的滑动摩擦，从而实现机械能向热能的转化，并将热量释放掉。

图1 摩擦阻尼器

图2阻尼器以V形支架方式安置在结构中

当一个框架结构受到很大的侧向外力时，结构顶部将在该力作用下出现水平位移。此时在支架系统的传递作用下，在钢板表面和摩擦片材料之间产生摩擦阻尼力阻碍结构的水平运动。当结构向左侧发生位移时，左侧的阻尼器将会变长、右侧的阻尼器将会缩短，但两侧阻尼器均可以耗散能量。同理，当结构发生向右的位移时，右侧的阻尼器变长、左侧的阻尼器缩短，两个阻尼器也都可以耗散能量。在真实的地震中，框架结构将会类似于图2的变化反复向左向右不断变化，因此阻尼器可以通过不断变长变短进行能量耗散。

图3日本最高建筑阿部野桥大厦中安装的转动摩擦阻尼器这种摩擦阻尼器的组件非常简单，很容易组装，并且设置很灵活。如图3所示，这是一个很典型的例子，采用2个4节点的阻尼器用于代替8节点的阻尼器起到同样的减震效果，但阻尼器出力减小了一半。以转动摩擦概念为基础的阻尼器可以随意以各种方式设置在各种类型的支撑体系中。图3展示了这种阻尼器成功的安装在日本最高的建筑中。另外还有几种不同模式的阻尼器安装在希腊的一些建筑中，详见图4~6。

图4希腊某新建混凝土建筑中安装的转动摩擦阻尼器

图5 希腊某现有混凝土结构增加2层钢结构

图6 希腊某工业新建建筑中安置摩擦阻尼器

3 板式阻尼器

另外一种模式的摩擦阻尼器为板式阻尼器，见图7，8。这种阻尼器可以有效地应用到一些不适宜