摩擦阻尼器.pdf

http :// 摩擦阻尼器在工程结构中的研究与应用1 史春芳，徐赵东，卢立恒 东南大学土木工程学院，江苏南京（210096 ） E-mail ：Shichunfang998@ 摘 要：摩擦阻尼器是一种耗能性能良好、构造简单、制作方便的减震装置。本文概述了摩 擦阻尼器的种类、构造以及减震原理，介绍了摩擦阻尼器的力学模型和结构分析方法。摩擦 阻尼器在实际中得到了大量的工程应用，本文简述了摩擦阻尼器在云南省洱源县振戎中学教 学楼和食堂楼中的应用，以及在东北某大楼加固中的应用。 关键词：摩擦阻尼器，耗能减震，计算模型，分析方法 中国分类号：P315.966 1．引言 传统的抗震方法是通过结构本身的塑性变形来耗散地震能量，其实质就是把结构本身及 构件作为“消能”元件，这样必然使结构产生不同程度的损坏，甚至产生严重的破坏和倒塌。 结构控制，通过在结构上设置控制装置，由控制机构和结构一起来抵御地震等动力作用，使 结构的动力反应减小。 在结构上附加耗能减震装置的减震方法是结构被动控制的一种。摩擦阻尼器作为一种耗 能装置，因其耗能能力强，荷载大小、频率对其性能影响不大，且构造简单，取材容易，造 价低廉，因而具有很好的应用前景。特别是在控制结构近断层地震反应和中高层结构地震反 应方面有独特优势。摩擦阻尼器对结构进行振动控制的机理是：阻尼器在主要结构构件屈服 前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散地震能量，同时，由于结构变形后自 振周期加长，减小了地震输入，从而达到降低结构地震反应的目的。 2 ．摩擦阻尼器的种类、构造以及减震机理 摩擦阻尼器的发展始于 20 世纪 70 年代末，随后为适应不同类型的建筑结构，国内外 学者陆续研制开发了多种摩擦阻尼器，其摩擦力大小易于控制，可方便地通过调节预紧力大 小来确定。目前，研究开发的摩擦阻尼器主要有：普通摩擦阻尼器、Pall 摩擦阻尼器、Sumitomo 摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器、T 形芯板摩擦阻尼器、拟粘 滞摩擦阻尼器、多级摩擦阻尼器以及一些摩擦复合耗能器。 图 1 为普通摩擦阻尼器的构造，它是通过开有狭长槽孔的中间钢板相对于上下两块铜 垫板的摩擦运动而耗能，调整螺栓的紧固力可改变滑动摩擦力的大小[1]。滑动摩擦力与螺栓 的紧固力成正比，另外，钢与铜接触面之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力差别小，滑动摩擦 力的衰减也不大，保证摩擦耗能系统工作的稳定性。经过试验发现，摩擦力的衰减随螺栓紧 固力的减小而增大，且摩擦力的衰减是螺栓松动引起的。 1本课题得到国家自然基金项目）、江苏省创新人才自然基金项目（BK2005410 ）和东南大学优 秀青年骨干教师项目的资助。 -1- http :// 图1、普通摩擦耗能器构造 （1、黄铜垫板 2 、中间钢板） Pall摩擦阻尼器 （图2 ）是1982 年Pall和Marsh研究的一种安装在X型支撑中央的双向摩 擦器，并且已用于实际的结构工程中[2] 。该阻尼器中支撑的两根柔性交叉斜杆在中心节点处 各自都断开，并采用夹摩擦耗能材料的滑动连结的构造做法，同时交叉杆中心处又用四根连 接杆连成一个铰接方框。这样，当结构的动力反应引起阻尼器所在结构层发生相对层间位移 时，将在支撑斜拉杆中产生拉力，当此拉力达到或超过支撑中心滑动连结节点的滑动摩擦力 时，就会带动斜杆在中心节点处相对滑移错动，从而产生摩擦耗能。另外，该阻尼器的变形 特点使耗能支撑的设计不受临界力的限制。与普通摩擦耗能器相比较，Pall摩擦阻尼器的摩 擦力稳定的多，摩擦力的衰减与螺栓紧固力没有关系。Pall摩擦阻尼器起滑时将由矩形变为 平行四边形，其对角线在受拉边变长，受压边变短。这种变形方式使得支撑在受压时不会发 生失稳屈曲，这样在反向变形时，受压杆将直接变成受拉杆，不需要恢复屈曲变形后再使摩 擦器起滑。 图2 pall 摩擦耗能器构造及在单自由度结构中的位置 Su