一种新型屈曲约束剪切型金属消能器性能研究

知识点：金属消能器

引言

在结构工程领域，相比较基于其他耗能机制的消能减震装置（如粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器以及摩擦阻尼器），金属消能减震装置在建筑结构领域得到相对较多的应用。这一方面是由于金属消能减震装置相对其他种类的装置更经济，性能更加稳定；另一方面是对于结构工程师而言，以钢材为代表的金属减震装置，其力学性能更明确且易于理解。目前的消能减震装置从其变形机理来看，主要包括剪切变形为主、弯曲变形为主两类。根据结构设计的参数需求而选用合适的变形机理阻尼器。

但无论选择哪种形式的金属阻尼器，都应当具有有饱满的滞回曲线、优良的疲劳性能以及稳定可预测的力学性能。为此，许多学者进行了诸多的研究。传统的剪切型阻尼器常见的做法是在腹板上焊接加劲肋的方式来限制芯板的屈曲，而这种剪切型阻尼器其性能也与加劲肋的布置方式与数量密切相关，例如文献[1]对于这一类阻尼器的研究主要包括加劲肋的布置方式与形状系数等对于力学性能的影响。而为了研究阻尼器的疲劳性能，文献[2]针对国内钢材诸如Q235、LY225、LY160、LY100等材料研究金属阻尼器的性能。文献[3, 4]将铝合金作为阻尼器的耗能芯板研究了其性能与计算模型。文献[5]研究了加载历史、加载速度等对于剪切型阻尼器滞回曲线的影响。针对以往剪切型阻尼器采用低屈服点钢，但是低屈服点钢材的延性没有得到充分发挥，文献[6]提出了采用改进延性的方法。文献[7]进行了系列试验，研究了剪切型阻尼器的极限塑性转角、破坏模式、加劲肋布置方式、应变强化等阻尼器设计与性能问题。

以上研究的剪切型金属阻尼器，均是在腹板上焊接加劲肋的方式来提高阻尼器的屈曲承载力。但这一方式也同时导致了焊接热影响与应力集中等问题，不利于阻尼器的疲劳性能，设计过程中对于加劲肋的布置方式也很难把握。除了在腹板上焊接加劲肋的方式来提高屈曲承载力，另一个思路是借鉴屈曲约束支撑以及防屈曲耗能钢板墙的做法，采用面外约束的方式。例如文献[8]采用面外夹板约束的方式来限值芯板的屈曲变形。

本文基于金属阻尼器饱满滞回曲线、优良疲劳性能以及稳定可预测力学性能的要求，提出一种新型屈曲约束剪切型金属消能装置。并与传统的剪切型阻尼器比较研究，进行了一系列试验并进行分析讨论，论证了这种新型的金属阻尼器性能优异。基于试验结果总结了剪切型阻尼器的疲劳曲线，可供实际工程选择合适的参数，并评估剪切型阻尼器的损伤程度。阻尼器的构造

为了方便比较，本文将传统在腹板上焊接加劲肋的剪切机制阻尼器称作是I型如图 1(a)所示，而将新型的剪切机制阻尼器称作是II型。II 型采用了不同的面外约束方式，如图 1(b)所示，通过在上下连接板上连接四个悬臂约束构件，将耗能芯板夹紧从而限制其屈曲。II型剪切型阻尼器的优点在于避免在剪切腹板上焊接加劲肋，有效约束剪切板面外屈曲的同时避免焊接热影响与应力集中的不利作用，从而提高金属消能器的累积塑性变形能力和耗能能力，这将是本文系列试验重点讨论的内容。影响阻尼器设计参数诸如屈服力屈服位移的主要参数包括芯板厚度tc、芯板高度hc、翼板厚度t2、翼板宽度b2,芯板宽度bc，这与试验结果的讨论密切相关，如图 1所示。而I型阻尼器的加劲肋布置方式与II型剪切型阻尼器约束板的约束机制也是设计的重点问题，但不作为本文讨论的重点。

（以下是全文）

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