阻尼器耗能裝置研究

謝秋林

（廣州大學-淡江大學工程結構災害與控制聯合研究中心　廣東廣州　511400）

1　背景及意義

目前研究開發的阻尼器種類很多，歸納起來主要分成兩類，一類是滯回裝置，包括金屬屈服阻尼器和摩擦阻尼器[1]，另一類是粘性裝置，包括粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器。前一類阻尼器耗能依賴于阻尼器自身的相對位移，粘滯阻尼器耗能依賴于阻尼器自身的相對速度，而粘彈性阻尼器耗能則既依賴于阻尼器自身的相對位移，也依賴于阻尼器自身的相對速度。

2　滯回裝置型阻尼器

王爽等[2]采用有限元軟件ABAQUS對開橢圓形孔、菱形孔和條形孔這3種新型開孔H型鋼阻尼器的耗能性能進行數值分析，研究了開孔形狀、肢寬與肢高等參數對新型耗能器耗能性能的影響。分析結果表明：新型H型鋼耗能器具有飽滿的滯回曲線，屈服位移較小、耗能性能穩定，耗能器的屈服位移、初始剛度和等效阻尼比隨各肢鋼板寬度增大（或高度減小）而增大；在開孔率相近或者肢寬相同的情況下，菱形孔H型鋼耗能器的等效阻尼比要比條形孔和橢圓形孔的大，且應力分布更加均勻。

徐增武等[3]文作者針對傳統栓焊混合連接節點存在的問題提出了一種新型的適用于梁柱強軸方向連接的帶U形阻尼器的梁柱節點，這種節點在梁的下翼緣及腹板處通過U形阻尼器連接，是種半剛性節點，具有較大的變形能力及良好的耗能性能，且在荷載作用下節點的破壞主要集中在阻尼器上，修復節點時只需更換阻尼器便可達到修復節點的目的。

3　粘性裝置型阻尼器

徐昕等[4]研制出一種具有自主知識產權的新型扇形鉛粘彈性阻尼器（SLVD），利用有限元軟件進行構造參數模擬分析優化，分別設計不同的鉛芯個數（n）、鉛芯直徑（φ）、鉛芯布置形式、橡膠剪切模量（G）、薄鋼板與橡膠層厚度比（μ）及加載應變幅值（γ）等影響其耗能性能的構造參數，來確定這些構造因素與阻尼器耗能特性、工作性能、構造的應力分布狀況的關系，并通過分析結果提取的骨架曲線確定了其力學模型。

周云等[5]對高阻尼橡膠阻尼器的性能方面進行了試驗研究，分別研究了變形相關性、頻率相關性以及疲勞性能循環加載試驗，得出了在不同工況下高阻尼橡膠阻尼器的存儲剪切模量、損耗剪切模量、最大阻尼力以及等效黏滯阻尼比等力學性能的變化規律，指出高阻尼橡膠阻尼器力學性能與剪切變形和加載頻率具有一定的相關性，剪切變形越大，阻尼力越大，存儲剪切模量、損耗剪切模量以及等效黏滯阻尼比有所降低；加載頻率越大，滯回曲線越飽滿，存儲剪切模量變化較小，損耗剪切模量、最大阻尼力以及等效黏滯阻尼比有所增加。

4　結論

阻尼器的研究主要是在阻尼器的構造、耗能效果、性能特點、工程應用實例等幾個方面：①阻尼器的構造方面主要研究的是：分析阻尼器的耗能機理，推到出阻尼器的恢復力模型，通過對比不同的阻尼材料、不同的結構參數來優化阻尼器的力學性能，達到阻尼器的一個理想的耗能狀態。②阻尼器的耗能效果采用有限元建模方法，通過施加不同的位移荷載方式下得到的不同的F-D之間的滯回曲線，通過分析滯回曲線形狀、滯回面積確定阻尼器的耗能效果，另外通過施加周期循環荷載得到的滯回曲線可得到阻尼器的耗能的骨架曲線反映了構件受力與變形的各個不同階段及特性（強度、剛度、延性、耗能及抗倒塌能力等。③阻尼器的工程應用實例包括數值模擬和現實工程應用，前者占大部分，依據該阻尼器在結構中布置的原則，采用數值仿真的研究方法對裝有新型扇形鉛粘彈性阻尼器減震結構和普通結構進行地震荷載作用下的響應分析，研究其在不同地震動作用下的反應和減震效果，以考察新型扇形鉛粘彈性阻尼器對結構震動控制的實際效果及其在結構中的耗能性能。