支撑式剪切型阻尼器在框架结构施工的研发与应用

支撑式剪切型阻尼器在框架结构施工的研发与应用

张宏、曹宁博、朱长波、马德

陕西建工集团股份有限公司     陕西西安   710000

摘要：本研究针对支撑式剪切型阻尼器在框架结构的减震应用展开研发和工程应用研究，结构设计方面，通过理论分析和数值模拟，优选阻尼器结构形式和关键参数，建立高精度有限元模型，揭示滞回耗能机理，制造和测试方面，采用先进工艺制造高品质阻尼器，进行系统性能测试，获得稳定力学和抗震性能，施工技术方面，总结工艺流程，提出关键技术，建立质量控制体系，保障施工质量，工程应用实例分析验证阻尼器减震效果，显示其能有效提升框架结构抗震性能，减小地震响应，证实其工程实用性，研究为支撑式剪切型阻尼器在建筑工程中的推广应用提供技术支撑。

关键词：支撑式剪切型阻尼器；框架结构；抗震设计；施工工艺；性能测试

引言：在框架结构中，支撑式剪切型阻尼器是一种被动式耗能减震装置，它的工作原理主要是通过阻尼器内部的剪切片或者摩擦片发生相对滑动，从而消耗输入到结构中的能量，达到减震的效果。

1支撑式剪切型阻尼器的设计优化

1.1阻尼器结构形式选择

如图1所示，支撑式剪切型阻尼器由支撑杆和剪切型阻尼装置组合而成，支撑杆件可选用型钢或钢管作为主要构件，其主要功能是为结构提供支撑和连接[1]。

图1 支撑式剪切型阻尼器结构示意

通过理论分析和数值模拟，比选了支撑杆件的不同截面形式（H型钢、方钢管、圆钢管等）对阻尼器性能的影响，结果表明H型钢支撑杆件的耗能效果最优。在剪切阻尼装置方面，重点研究了剪切板的材料、厚度、层数等参数对阻尼器性能的影响规律。综合考虑阻尼比、屈服强度、延性等因素，筛选出Q345B钢材厚度8mm的剪切板方案。此外，还研究了剪切阻尼材料的配方和厚度，优选出由高阻尼橡胶和黏弹性橡胶复合而成的新型阻尼材料体系，具有优异的力学性能和环境适应性[2]。

1.2阻尼器参数优化设计

在确定阻尼器结构形式的基础上，进一步开展了阻尼器关键参数的优化设计研究。采用理论分析与数值模拟相结合的方法，建立阻尼器参数化有限元模型，分析剪切板长度、宽度、间距等对阻尼器性能的影响规律，并结合多目标优化算法，以最大阻尼力、最佳耗能效果为目标函数，对阻尼器的几何参数进行优化，获得了一组满足设计要求的优化参数组合[3]。

1.3阻尼器有限元分析

为深入揭示支撑式剪切型阻尼器的力学性能和耗能机理，本研究搭建了阻尼器高精度有限元模型，采用非线性本构关系模拟剪切板及阻尼材料的滞回性能，分析了阻尼器在循环荷载作用下的变形、应力状态及耗能特性。分析结果表明，剪切板在水平力作用下发生剪切变形，阻尼材料产生剪切变形，二者协同工作，使阻尼器表现出良好的滞回耗能特性。通过对阻尼器的应力分布、塑性区发展等进行分析，验证了阻尼器结构设计的合理性，为阻尼器的工程应用奠定了基础。

2支撑式剪切型阻尼器的制造与测试

2.1阻尼器制造工艺

支撑式剪切型阻尼器的制造工艺流程，主要包括零部件加工、阻尼材料制备、部件组装等环节。针对关键工序，本研究进行了工艺优化研究。在剪切板加工方面，采用数控等离子切割工艺，实现了剪切板的高效、精确加工；在阻尼材料制备方面，采用真空混炼工艺，实现了阻尼材料的均匀混合；在支撑杆件加工方面，采用数控切割、组对焊接工艺，保证了杆件的加工精度和装配精度。阻尼器组装时，采用液压机对剪切板和阻尼材料进行叠压，保证了各构件的紧密咬合。经过一系列工艺优化，实现了阻尼器制造的高效化、精细化。

2.2阻尼器性能测试

为考核支撑式剪切型阻尼器的抗震性能，本研究搭建了阻尼器性能测试系统，开展了一系列测试研究。通过数控伺服加载系统，模拟地震动的往复荷载特性，测试了阻尼器在不同位移幅值、频率下的滞回曲线，分析了其力－位移关系、刚度退化规律、耗能性能等。测试结果显示，该阻尼器在经历反复的载荷循环后，能够维持其良好的耗能特性，滞回曲线丰富而饱满。特别地，随着位移幅值的增加，阻尼器的等效阻尼比呈现出上升趋势，并且在位移幅值较大时，等效阻尼比超过了30%。此外，阻尼器的刚度衰减过程相对平缓，表现出了卓越的累积耗能能力。这些测试数据充分证明了阻尼器在力学性能和减震效果方面的优秀表现，为它在实际工程中的广泛应用提供了坚实的技术支撑和理论基础。

2.3阻尼器性能优化

通过理论分析阻尼器的受力过程，构建了阻尼器的力学模型，并揭示了影响其性能的关键因素。同时，应用响应面法等优化技术，以提高阻尼器的耗能效率为核心目标，对阻尼器的材料配方和结构参数进行了优化。这一系列优化工作显著增强了阻尼器的减震性能，使其等效阻尼比提高了超过10%，疲劳寿命延长了20%，成功实现了阻尼器性能的提升。

3支撑式剪切型阻尼器的安装施工

3.1施工工艺流程

支撑杆件采用焊接法与框架梁柱可靠连接；阻尼器采用螺栓连接法与支撑杆件可靠连接。在支撑杆件安装时，应严格控制其垂直度和同轴度，保证阻尼器安装精度。在阻尼器就位时，应采用专用吊装工具，确保其平稳、顺利到位。阻尼器安装完成后，应及时复测几何尺寸，确保安装质量。

3.2关键施工技术

针对支撑式剪切型阻尼器的施工要点，本研究提出了一系列关键技术，包括：对支撑杆件焊接质量进行严格控制，采用专业队伍施工，优选焊材及工艺，并对焊缝进行无损检测；运用经纬仪、激光投线仪等测量工具，精确测设阻尼器安装位置，并用型钢托臂等辅助定位；采用高强螺栓连接，设专人负责扭矩检查，确保初拧力矩满足要求，同时做好防腐、防松措施；在阻尼器运输、存放及安装过程中采取必要的防护，避免损伤，安装完成后对外露部分涂刷防腐漆，延长使用寿命。这些措施可有效保证支撑式剪切型阻尼器的施工质量。

3.3施工质量控制

为确保支撑式剪切型阻尼器安装施工质量，本研究建立了系统的质量控制体系，形成了"三检"制度，即自检、互检、专检相结合。施工班组应做好自检，相邻工序间应开展互检，质检部门定期开展专项检查。同时，还针对阻尼器施工编制了专项施工方案和质量验收标准，明确了施工操作要点和质量目标，做到有章可循、有据可查。

4工程应用案例分析

4.1工程概况 

本研究选取了某钢结构厂房作为支撑式剪切型阻尼器的应用示范工程。该厂房跨度24m，长度72m，设计抗震烈度8度。在厂房框架柱间布置支撑式剪切型阻尼器，共计20个，以提高结构抗震性能。

4.2阻尼器安装施工

支撑式剪切型阻尼器安装施工严格按照设计图纸及施工方案进行。在阻尼器制作安装前，首先复核图纸，并对阻尼器材料进行检验，确保其质量满足要求。利用经纬仪引测和型钢托臂等进行阻尼器定位安装，保证了安装精度。阻尼器连接采用高强螺栓，扭矩满足设计要求。施工过程中，专人负责施工记录、复测等工作，确保施工可追溯、可考证。

4.3结构抗震性能评估

通过采用详细的分析方法，对比了安装阻尼器前后结构的抗震表现。研究发现，安装阻尼器之后，结构在的侧移显著减少，层间位移角成功符合了规范的限制标准。此外，结构的屈服荷载得到了约20%的提升，延性系数增加了30%以上，整体表现出了更强的抗震能力。

结语：

本项研究为阻尼器的安装和施工概述了详细的施工工艺与核心技术，并构建了一套质量监控体系，结合实际的工程应用案例，验证了支撑式剪切型阻尼器在减震性能方面具有出色的表现和实际应用价值。

参考文献：

[1]刘正欢,潘文,双超,赵德金,戴宇杰.连梁低屈服点钢剪切型阻尼器力学性能研究[J].建筑技术,2023,54(19):2376-2382.

[2]肖林发,林恒,陈禄军,刘金磊,朱南海.一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器及其性能分析[J].计算力学学报,2024,41(2):373-382.

[3]王静峰,李贝贝,万哲,陈亮.剪切型阻尼器的减震性能试验和数值分析[J].地震工程与工程振动,2015,35(5):174-180.