阻尼器耗能装置研究

谢秋林

（广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心　广东广州　511400）

1　背景及意义

目前研究开发的阻尼器种类很多，归纳起来主要分成两类，一类是滞回装置，包括金属屈服阻尼器和摩擦阻尼器[1]，另一类是粘性装置，包括粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。前一类阻尼器耗能依赖于阻尼器自身的相对位移，粘滞阻尼器耗能依赖于阻尼器自身的相对速度，而粘弹性阻尼器耗能则既依赖于阻尼器自身的相对位移，也依赖于阻尼器自身的相对速度。

2　滞回装置型阻尼器

王爽等[2]采用有限元软件ABAQUS对开椭圆形孔、菱形孔和条形孔这3种新型开孔H型钢阻尼器的耗能性能进行数值分析，研究了开孔形状、肢宽与肢高等参数对新型耗能器耗能性能的影响。分析结果表明：新型H型钢耗能器具有饱满的滞回曲线，屈服位移较小、耗能性能稳定，耗能器的屈服位移、初始刚度和等效阻尼比随各肢钢板宽度增大（或高度减小）而增大；在开孔率相近或者肢宽相同的情况下，菱形孔H型钢耗能器的等效阻尼比要比条形孔和椭圆形孔的大，且应力分布更加均匀。

徐增武等[3]文作者针对传统栓焊混合连接节点存在的问题提出了一种新型的适用于梁柱强轴方向连接的带U形阻尼器的梁柱节点，这种节点在梁的下翼缘及腹板处通过U形阻尼器连接，是种半刚性节点，具有较大的变形能力及良好的耗能性能，且在荷载作用下节点的破坏主要集中在阻尼器上，修复节点时只需更换阻尼器便可达到修复节点的目的。

3　粘性装置型阻尼器

徐昕等[4]研制出一种具有自主知识产权的新型扇形铅粘弹性阻尼器（SLVD），利用有限元软件进行构造参数模拟分析优化，分别设计不同的铅芯个数（n）、铅芯直径（φ）、铅芯布置形式、橡胶剪切模量（G）、薄钢板与橡胶层厚度比（μ）及加载应变幅值（γ）等影响其耗能性能的构造参数，来确定这些构造因素与阻尼器耗能特性、工作性能、构造的应力分布状况的关系，并通过分析结果提取的骨架曲线确定了其力学模型。

周云等[5]对高阻尼橡胶阻尼器的性能方面进行了试验研究，分别研究了变形相关性、频率相关性以及疲劳性能循环加载试验，得出了在不同工况下高阻尼橡胶阻尼器的存储剪切模量、损耗剪切模量、最大阻尼力以及等效黏滞阻尼比等力学性能的变化规律，指出高阻尼橡胶阻尼器力学性能与剪切变形和加载频率具有一定的相关性，剪切变形越大，阻尼力越大，存储剪切模量、损耗剪切模量以及等效黏滞阻尼比有所降低；加载频率越大，滞回曲线越饱满，存储剪切模量变化较小，损耗剪切模量、最大阻尼力以及等效黏滞阻尼比有所增加。

4　结论

阻尼器的研究主要是在阻尼器的构造、耗能效果、性能特点、工程应用实例等几个方面：①阻尼器的构造方面主要研究的是：分析阻尼器的耗能机理，推到出阻尼器的恢复力模型，通过对比不同的阻尼材料、不同的结构参数来优化阻尼器的力学性能，达到阻尼器的一个理想的耗能状态。②阻尼器的耗能效果采用有限元建模方法，通过施加不同的位移荷载方式下得到的不同的F-D之间的滞回曲线，通过分析滞回曲线形状、滞回面积确定阻尼器的耗能效果，另外通过施加周期循环荷载得到的滞回曲线可得到阻尼器的耗能的骨架曲线反映了构件受力与变形的各个不同阶段及特性（强度、刚度、延性、耗能及抗倒塌能力等。③阻尼器的工程应用实例包括数值模拟和现实工程应用，前者占大部分，依据该阻尼器在结构中布置的原则，采用数值仿真的研究方法对装有新型扇形铅粘弹性阻尼器减震结构和普通结构进行地震荷载作用下的响应分析，研究其在不同地震动作用下的反应和减震效果，以考察新型扇形铅粘弹性阻尼器对结构震动控制的实际效果及其在结构中的耗能性能。