对几种软钢阻尼器的研究

第４２卷第２期　２０１６年４月　Ｉ·Ｊ之材　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎ￣Ｍａｔｅｒｉ口　Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．２　

Ａｐｒｉｌ，２０１６　

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　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　Ｍｉｌｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｄａｍｐｅｒｓ　ＭＡ　Ｊｉｅｑｉｏｎｇ，ＺＨＵ　Ｃｈａｏｙａｎ　（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ’ｈｅｉｇｈｔ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｈｉｇｈｅｒ，ｔｈｅ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ａｌｓｏ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ｎｏｖｅｌ，ｔｈａｔ　Ｓ　ｗｈｙ　ｏｕｒ　ｃｏｍｍｏｎ　ｇｏａｌ　ｉｓ　ｆｉｎｄｉｎｇ　ａ　ｍｏｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗａｙ　ｔｏ　ｄｉｓｓｐａｔｅ　ｅｎｅｒｇｙ．　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｎｅｗ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　ｍａｋｉｎｇ　ｍｉｌｄ　ｓｔｅｅｌｉｎｔｏ　ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔａｔｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ａ　ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｍｉｌｄ　ｓｔｅｅｌ　ｄａｍｐｅｍ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ｂｏａｒｄ，ｗｈｉｃｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐ－　ｅｒｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｕｔｈｅｒ　ｄｅ—　ｖｅｉｏｐｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｄ　ｓｔｅｅｌ　ｄａｍｐｅｒ；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　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。　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。　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。　

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。　

２加劲阻尼器　加劲阻尼器（简称ＡＤＡＳ）是由数块相互平行的不同形　状的钢板（如ｘ形、三角形、中空菱形等）和定位装置组合　而成，一般安装在人字形支撑顶部和梁之间。在地震作用　时，加劲阻尼器在层间相对位移影响下会产生水平相对运　

·６３·　第４２卷第２期　２０１６年４月　Ｉ·Ｊ芝材　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．２　Ａｐｒｉｌ，２０１６　

１１０３．３　ｋＮ·ｍ　总弯矩：Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＝１４２５．７　ｋＮ·ｍ　则不同的计算方法得出的弯矩计算结果如表２所示。　表２　不同计算方法弯矩值　ｋＮ·ｍ　计算位置　独立柱基　柱下板带　计算　防　用　融　带柱下板带跨中板带　防水板作用怔ｒ假常烤甲极带　弹性地基梁板法　／　２　０３７　—４０７．３　１０５．３　简化算法　１　２４３．３　ｌ　４２５．７　—１７４．９　７７　建议法（ｍｉｄａｓ）　／　１　９４５．２　—４６５．３　１２４　从表２可以看出：①考虑了水浮力的作用后，简化算　法中独立基础的弯矩值相差约１／６，主要是由于防水板对独　立基础产生的附加弯矩产生的，同时防水板承担的荷载也　会增加；②采用弹性地基梁板法程序计算的弯矩值和有限　元法计算的弯矩值相差不大，主要是因为文中采用的建议　法（本案例采用ｍｉｄａｓ　ｇｅｎ分析）只考虑了独立基础和防水板　之间的协调变形作用，没有考虑地基基础和上部结构一起　作用；③两种算法都是基于弹性地基下的变形协调分析，　只是ｍｉｄａｓ　ｇｅｎ的网格划分更加细腻，计算结果比较接近真　实结果，建议法防水板反力分配比值为０．１９，与实测值较　为接近，故推荐使用有限元模型的方法对这种联合基础进　行分析。　３结论　通过对设计方法的现状分析，可以看出柱下独立基础　加防水板在构造做法上有一定优势，但是在计算方法上存　在一定不足，得出以下结论。　１）改进的简化计算方法中，抗浮设计水位的取值对独　基加防水板的设计影响较大。但是改进的简化计算方法只　考虑防水板对地基的附加弯矩，未考虑在高水位下防水板　可以分担地基反力，容易导致计算对防水板不利，产生反　拱。　２）由于没有考虑地基土的共同作用，导致有限元模型　计算和弹性地基梁板法计算接近。为更准确计算，最好选　用真实的地基土模型、基础、上部结构综合分析的方法求　出地基反力分布曲线。　［ＩＤ：００２６７２］　

参考文献　［１］朱炳寅．独立柱基加防水板基础设计方法的分析［Ｊ］．建筑结　构，２００１，４１（１１）：５１—５３．　［２］张程，宋慧颖．独立基础加防水板设计初探［Ｊ］．建筑设计管　理，２０１１，２８（１０）：７Ｏ一７３．　［３］任霞．浅谈建筑桩基础及防水板的设计［Ｊ］．科技信息，２０１１，　２８（２５）：３２０，３２５．　［４］　吴栾平，丁勇，蒋伟鹏，等．承台加防水板在地下室设计中的运　用实践［Ｊ］．盐城工学院学报：自然科学版，２００９，２３（３）：７６—　７９．　［５］　张美仙．浅谈柱下独基加防水板基础设计［Ｊ］．福建建设科技，　２０１１，２６（５）：４ｏ一４１．　

（上接第６４页）　软钢阻尼器已在部分工程中得到了应用，但仍存在一些有　待解决的问题。　１）软钢阻尼器的性能受其几何形状影响较大，在加　工、安装过程中焊接的残余应力等不确定因素易造成误差，　进而影响其滞回性能的稳定性。　２）由于阻尼器在模拟与试验时受力情况简单，相对实　际应用中复杂情况，可能达不到预期的减震效果，因此，　应加强对工程的观测和记录工作，为以后的优化设计提供　数据支撑。　３）完善软钢耗能减震加固技术的设计理论、本构关系　及计算方法，加强相应的分析软件的开发和应用，以便对　各种耗能装置进行比较和优化分析。　［ＩＤ：００２７７２］　

参考文献：　［１］Ｊ．Ｔ．Ｐ．Ｙａｏ．Ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔｒｕｃ－　ｔｕｒｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９７２（９８）：１５６７—１５７４．　［２］　Ｋｉｖｏｓｈｉ　Ｔａｎａｋａ，Ｙａｓｕｈｉｔｏ　Ｓａｓａｋｉ．Ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｈｅａｒ　ｐａｎｅｌ　ｄａｍｐｅｒｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ　ｌｏｗ　ｙｉｅｌｄ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅ－　ｓｐｅｎｓｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ａ］．１２ＷＣＥＥ，２０００．　［３］王强，安立刚，刘明，等．新型钢板阻尼器的减震性能分析［Ｊ］．　土木工程学报，２０１０，５７（Ｓ１）：３５０—３５３．　［４］　杜德月，张汝涛．钢框架中剪切板耗能器的减震性能研究［Ｊ］．　低温建筑技术，２０１１，３３（８）：４３—４４．　［５］　Ｇ．Ｃｏｒｔｅｓ，Ｊ．【ｊｕ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｌｉｔ　ｐａｎｅｌ—　ｆｒａｍｅｓ　ｆｏｒ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ『Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１　１．　［６］Ｋｅｌｌｙ　Ｊ　Ｍ，Ｓｋｉｎｎｅｒ　Ｒ　Ｉ，Ｈｅｉｎｅ　Ａ　Ｊ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｂｓｏｒｐ—　ｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　［Ｊ］．Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ｚｅａｌａｎｄ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｓｉ一