K形软钢阻尼器设计技术

赵宏力

（美钻能源科技（上海）有限公司，上海 200941）

在大风、外部震动及地震等的作用下，能量施加到结构中，因此，结构本身的耗能能力是衡量结构抗震性能的关键指标。在地震和大风的情形下，在没有软钢阻尼器装置的结构中，能量通过结构构件本身的摩擦或变形来耗散，显而易见，当这种摩擦或变形超过结构的弹性承载能力的时候，结构将发生塑性变形的永久损伤甚至倒塌等灾难性后果。从世界各地及国内历次地震的惨痛教训来看，减震隔震装置的使用是非常必要的。

耗能型软钢阻尼器便是为减少结构耗散地震或大风及其他震动能量响应而设计开发的一种减震装置。本文研究的K形钢板阻尼器属于弯曲耗能型阻尼器。这种类型的阻尼器的耗能原理是利用钢材发生塑性变形耗散地震及大风或其他震动等能量，从而达到减震保护结构的效果。

本文中提到的软钢阻尼器是一种新近开发的K形软钢阻尼器，其形状不同于常见的三角形软钢和X形阻尼器[1-2]，本文针对这种新型软钢阻尼器的性能进行研究。

1 软钢阻尼器结构介绍

为研究该K形软钢阻尼器的力学性能，首先需要先了解其结构组成及零件部件等相关信息，下面对软钢阻尼器的结构进行详细介绍。

软钢阻尼器的结构组成是由与预埋件焊接的上板、下板、K形钢板。单片阻尼器K形钢板的构造如图1所示，焊接组装后的阻尼器总图如图2所示。

图2 K形钢板阻尼器总图

K形钢板与上板、下板焊接时要注意两点：一是先把所有K形钢板点焊固定在上板、下板上，二是K形钢板之间要留足焊接空间。

K形阻尼器与预埋件的连接方式有两种，分别为与预埋件螺栓连接和与预埋件焊接。两者比较而言后者施工比较方便。前者由于预埋件施工误差预埋件的螺栓与阻尼器上、下板的螺栓孔经常会有错位情况，安装比较困难。推荐第二种安装方式，即K形软钢阻尼器与预埋件焊接安装方式。

2 K形钢板关键尺寸计算

引用欧进萍等学者在文献[3]中所给出的静力特性计算公式，根据三角形及K形钢板可简化为等强度梁，可以计算出阻尼器整体及钢板的屈服位移、弹塑性刚度、弹性承载力、极限位移和塑性承载力。

如图1所标注h、b、t。计算K形板h。

初始刚度公式为：

屈服力公式为：

式（1）（2）中：ke为初始刚度；n为K形板片数；E为弹性模量；fy为屈服应力。

由公式（1）（2）得：

计算K形板片数n，由公式（1）得：

计算K形阻尼器位移Δ：

根据以上公式可以任意给出h、b、t中的一个值就可以计算出其他两个值，即K形板的外形尺寸就全部算出来了。最后再算出需要多少片K形钢板数量。

3 结论

通过对K形软钢阻尼器的静力学计算理论分析可以看出，此种软钢阻尼器力学模型非常清楚，计算及应用方便。软钢阻尼器屈服位移小，非常容易屈服耗能。屈服后极限位移大，延性好，安全性能高。阻尼器破坏前损伤较小，均为延性破坏，刚度没有出现突变。且破坏时从外侧钢板向内侧渐次破坏，刚度退化较为平稳均匀，不会出现脆性失稳型的破坏。

基于软钢阻尼器以上的特征，此类产品广泛地应用在学校、医院、商场等建筑结构中，市场巨大，研究价值极高。