K形軟鋼阻尼器設計技術

趙宏力

（美鉆能源科技（上海）有限公司，上海 200941）

在大風、外部震動及地震等的作用下，能量施加到結構中，因此，結構本身的耗能能力是衡量結構抗震性能的關鍵指標。在地震和大風的情形下，在沒有軟鋼阻尼器裝置的結構中，能量通過結構構件本身的摩擦或變形來耗散，顯而易見，當這種摩擦或變形超過結構的彈性承載能力的時候，結構將發生塑性變形的永久損傷甚至倒塌等災難性后果。從世界各地及國內歷次地震的慘痛教訓來看，減震隔震裝置的使用是非常必要的。

耗能型軟鋼阻尼器便是為減少結構耗散地震或大風及其他震動能量響應而設計開發的一種減震裝置。本文研究的K形鋼板阻尼器屬于彎曲耗能型阻尼器。這種類型的阻尼器的耗能原理是利用鋼材發生塑性變形耗散地震及大風或其他震動等能量，從而達到減震保護結構的效果。

本文中提到的軟鋼阻尼器是一種新近開發的K形軟鋼阻尼器，其形狀不同于常見的三角形軟鋼和X形阻尼器[1-2]，本文針對這種新型軟鋼阻尼器的性能進行研究。

1 軟鋼阻尼器結構介紹

為研究該K形軟鋼阻尼器的力學性能，首先需要先了解其結構組成及零件部件等相關信息，下面對軟鋼阻尼器的結構進行詳細介紹。

軟鋼阻尼器的結構組成是由與預埋件焊接的上板、下板、K形鋼板。單片阻尼器K形鋼板的構造如圖1所示，焊接組裝后的阻尼器總圖如圖2所示。

圖2 K形鋼板阻尼器總圖

K形鋼板與上板、下板焊接時要注意兩點：一是先把所有K形鋼板點焊固定在上板、下板上，二是K形鋼板之間要留足焊接空間。

K形阻尼器與預埋件的連接方式有兩種，分別為與預埋件螺栓連接和與預埋件焊接。兩者比較而言后者施工比較方便。前者由于預埋件施工誤差預埋件的螺栓與阻尼器上、下板的螺栓孔經常會有錯位情況，安裝比較困難。推薦第二種安裝方式，即K形軟鋼阻尼器與預埋件焊接安裝方式。

2 K形鋼板關鍵尺寸計算

引用歐進萍等學者在文獻[3]中所給出的靜力特性計算公式，根據三角形及K形鋼板可簡化為等強度梁，可以計算出阻尼器整體及鋼板的屈服位移、彈塑性剛度、彈性承載力、極限位移和塑性承載力。

如圖1所標注h、b、t。計算K形板h。

初始剛度公式為：

屈服力公式為：

式（1）（2）中：ke為初始剛度；n為K形板片數；E為彈性模量；fy為屈服應力。

由公式（1）（2）得：

計算K形板片數n，由公式（1）得：

計算K形阻尼器位移Δ：

根據以上公式可以任意給出h、b、t中的一個值就可以計算出其他兩個值，即K形板的外形尺寸就全部算出來了。最后再算出需要多少片K形鋼板數量。

3 結論

通過對K形軟鋼阻尼器的靜力學計算理論分析可以看出，此種軟鋼阻尼器力學模型非常清楚，計算及應用方便。軟鋼阻尼器屈服位移小，非常容易屈服耗能。屈服后極限位移大，延性好，安全性能高。阻尼器破壞前損傷較小，均為延性破壞，剛度沒有出現突變。且破壞時從外側鋼板向內側漸次破壞，剛度退化較為平穩均勻，不會出現脆性失穩型的破壞。

基于軟鋼阻尼器以上的特征，此類產品廣泛地應用在學校、醫院、商場等建筑結構中，市場巨大，研究價值極高。