低屈服點鋼剪切板阻尼器研究現狀分析

韓露　邢書美　宋中霜

摘 要：縱觀國內外的眾多地震，都給我們的生命和財產帶來了嚴重威脅，而低屈服點鋼剪切板阻尼器能夠在地震中吸收大部分的能量，具有很好的抗震減震性能，本文主要對低屈服點鋼剪切板阻尼器在國內外的研究現狀進行概述和相應的對比分析，并對其后續的研究工作提出自己的看法。

關鍵詞：低屈服點鋼剪切板阻尼器；國內外研究現狀；國內外研究現狀對比分析

1 引言

研究表明滯變型阻尼器能夠利用塑性金屬材料的滯變很好的消散作用在建筑物上地震能量，這種類型的阻尼器與其構造尺寸相比有非常大的耗能能力[1]；在目前的研究中，許多學者都利用抗震用低屈服點鋼，設計出剪切板阻尼器進行相應的研究。本文主要對低屈服點鋼剪切板阻尼器在國內外的研究現狀進行分析，并對其后續的研究工作提出自己的看法。

2 國外的研究現狀

Nakashima[2]在對由LYP100制作的6個低屈服點鋼剪切板阻尼器進行了試驗研究，其中3個試件進行單調加載，3個進行低周往復循環加載，結果表明：該阻尼器具有良好的耗能能力，其耗能能力是其他相同線彈性、完全塑性系統的1.5～2倍。Kiyoshi Tanaka[3]對核心板采用LYP100、上下左右翼緣板采用SM490A的剪切板阻尼器進行了相應的試驗研究，研究表明：核心板的寬厚比越大，其面外屈曲變形也越大，并且這種面外變形的顯著程度隨著寬厚比的變小而有所降低。為了充分發揮低屈服點鋼的塑性變形能力，避免核心板板角處應力集中產生的過早破壞，學者ZHANG Chaofeng[4]對阻尼器核心板進行了不同方式（中部變薄、開槽削弱、開孔削弱）的削弱，研究表明：開孔削弱對阻尼器的延性影響非常小，但是卻造成了阻尼器滯回曲線的捏縮；另外兩種削弱方式提高了阻尼器的延性，雖然滯回曲線沒有未削弱的飽滿，但是差別不大，表現出了很好的性能。

3 國內的研究現狀

李玉順、劉瑞[5]等對一棟實際的三層鋼框架進行了擬動力試驗，研究表明：在整個加載過程中，框架柱和間柱一直處于彈性狀態，而安裝在結構上的剪切板阻尼器發生了很大的塑性變形，結構的位移反應明顯降低。肖鵬[6]等對剪力作用下無肋矩形板的穩定性進行了理論推導，得出了不同邊界條件下的剪切屈曲系數kcr；對剪力作用下的有肋矩形板的穩定性也進行了理論推導，得到了矩形板在不同形狀系數下的最小肋板剛度比。學者陳之毅[7]等對反復荷載作用下的剪切板阻尼器的抗剪極限強度進行了分析，提出了一種考慮左右側翼緣板抗彎承載力的抗剪極限承載力計算公式，并通過Abuqus有限元程序分析表明當側翼緣板承擔的剪力占總抗剪承載力的13%～28%時，其不僅有約束核心板邊界的作用，而且還通過抗彎承擔了部分剪力。林堅湘[8]等對剪切板阻尼器的理論公式進行了推導，主要包括平面內剪切屈服力和屈服位移、腹板的剪切屈曲臨界應力、腹板發生屈曲的臨界高厚比公式；并且該學者還對自行設計的七種剪切板阻尼器進行了有限分析和試驗研究，重點考察了側翼緣板厚度、核心板的形狀系數對阻尼器耗能性能的影響。

4 國內外研究現狀分析

通過以上低屈服點鋼剪切板阻尼器國內外研究現狀的概述，我們可以看出相應的研究主要集中在以下幾個方面：（1） 保持剪切板阻尼器核心板的強度和高度一定，改變核心板的厚度，探討核心板的高厚比對阻尼器耗能性能的影響；（2） 保持阻尼器核心板厚度一定，改變核心鋼板的強度等級，研究不同等級低屈服點鋼對阻尼器性能的影響；（3） 保持阻尼器核心板厚度、強度一定，在核心板上設置一定構造形式的加勁肋，研究加勁肋的設置方式和設置數目對其性能的影響；（4） 對剪切板阻尼器在往復循環加載過程中的試驗結果進行相應的理論分析，并對核心板的面外屈曲、應變強化以及阻尼器的耗能評價指標進行了詳細的比較分析；

但是這些試驗和理論研究僅限于國外，國內的一些學者僅對低屈服點鋼剪切板阻尼器進行了相應的理論和有限元分析比較，并沒有利用國產低屈服點鋼設計制作不同形式的阻尼器，進行相應的試驗研究，所以目前對國內的研究還處于起步階段，需要設計制作大量的阻尼器進行性能試驗研究，分析總結以便更好地應用于工程實踐。在目前的研究中還缺乏對安裝有剪切板阻尼器鋼框架的抗震性能研究，需要切實考查阻尼器在實際結構中的性能；除此之外，對其滯回模型的研究還處于起步階段，需要結合各項同性強化、隨動強化準則以及能夠反映低屈服點鋼材料包辛格效應的RO模型來綜合考慮。

參考文獻

[1] 歐進萍. 結構振動控制-主動、半主動和智能控制[M]. 北京： 科學出版社， 2003.

[2] Masayoshi Nakashima. Strain-Hardening Behavior of Shear Panels Made of Low-Yield Steel ： I- Test[J]. Journal of structural engineering， 1995： 1742-1749.

[3] Kiyoshi Tanaka. Study on energy absorbing performance of seismic control shear panel damper using low-yield-point steel under static loading[J]. Journal of Structure and Construction Engineering， 1998， 509（2）： 159-166. （in Japanese）.

[4] ZHANG Chaofeng， SHI Jinfeng. Development of high deformation capacity low yield strength steel shear panel damper[J]. Journal of Construction Steel Research， 2012， 75（2）： 116-130.

[5] 李玉順， 沈世釗. 鋼框架結構軟鋼阻尼器振動控制的試驗及理論研究[J]. 建筑結構學報， 2004， 25（2）： 1-7.

[6] 肖鵬. 低屈服點剪切耗能板滯回性能研究[D]. 上海： 同濟大學學位論文，2005.

[7] 陳之毅， 葛漢彬. 反復荷載作用下剪切板阻尼器的抗剪極限強度[J]. 沈陽工業大學學報， 2011， 33（2）： 219-225.

[8] 林堅湘. 高性能剪切板阻尼器模擬分析和試驗研究[D]. 武漢： 華中科技大學學位論文， 2011.