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摩擦阻尼器的分类

发布时间：2021-09-11T03:19:59.859Z来源：《基层建设》2021年第17期作者：陈家川

[导读]摘要：摩擦阻尼器具有对荷载及加载频率不敏感、耗能能力稳定、环境适应能力强、构造简单、容易拆卸，具有优异的工程应用价

值。

广州大学土木工程学院广东广州510006

摘要：摩擦阻尼器具有对荷载及加载频率不敏感、耗能能力稳定、环境适应能力强、构造简单、容易拆卸，具有优异的工程应用价

值。本文详细阐述了摩擦阻尼器的基本原理和常见的三种类型。

关键词：摩擦阻尼器；板式；筒式；旋转式；

1摩擦阻尼器基本原理

摩擦阻尼器属于被动耗能装置的一种，是利用摩擦耗能原理耗散地震输入结构中的一部分能量，从而可以有效减小结构主体在地震中

的响应，提高结构主体的抗震性能。摩擦阻尼器在往复加载过程中的滞回曲线呈现线性关系，符合经典的库伦（Coulomb）摩擦理论[1]，

此理论的成立，必须同时满足以下三个条件：

（1）摩擦阻尼力的大小与两个物体接触面面积的大小无关；

（2）摩擦阻尼力的大小与施加在与接触面上的总压力成正比例关系；

（3）如果两个物体在产生相对位移中，则摩擦阻尼力的大小与物体的速度大小无关。

基于上述三个假设得到，当两个物体即将产生相对滑动或处于相对滑动时，摩擦阻尼力可由下式表示：

（1）

式中：为摩擦力，方向与物体相对运动或相对运动趋势方向相反；为垂直于摩擦接触面的法向压力，通常称为正压力；为摩擦

系数。

从图1摩擦阻尼器滞回曲线可以看出，其工作过程主要有固定和滑动两种状态，当外界激励小于摩擦阻尼器的最大静摩擦力时，阻尼器

处于固定状态，当外界激励大于摩擦阻尼器的最大静摩擦力时，阻尼器处于滑动状态。根据（1）式，摩擦阻尼器的性能主要取决于摩擦接

触面材料和预紧力施加的大小。常用的摩擦接触面材料有：钢-钢、钢-黄铜、钢-铝镁合金、钢与石棉等摩擦材料[2]。

图1摩擦阻尼器滞回曲线

2.摩擦阻尼器分类

摩擦阻尼器发展历史悠久，根据工作原理和构造特点，常见的有板式、筒式、旋转式三种。

（1）板式摩擦阻尼器

1980年Pall等人利用汽车刹车系统的原理，提出了适合建筑结构使用的摩擦阻尼器，首先开始对摩擦阻尼器进行了一系列的研究，通过

利用摩擦耗能的原理，提高结构的整体抗震性能。此后，各国科研工作者针对不同的建筑类型，提出了各种类型的摩擦阻尼器，并进行了

相关研究。

Pall和Marsh首先提出了Pall摩擦阻尼器，Pall摩擦阻尼器是一种双向摩擦阻尼器，该摩擦阻尼器采用X形支撑的方式，布置在框架柱之

间，中间的两个柔性杆件对摩擦阻尼器起到支撑作用，通过杆件中间夹紧摩擦耗能材料，当杆件产生相对位移时，阻尼器就产生摩擦力，

起到耗能作用。

Filiatrault和Cherry在Pall摩擦阻尼器基础上进行了改进，利用汽车摩擦片作为耗能材料。对该阻尼器进行循环加载试验。试验结果表

明，该阻尼器阻尼出力稳定有效，滞回曲线饱满，基本接近理想的刚塑性，具有良好的耗能能力。

JinkooKim等人开发了一种组合钢板和摩擦片组合的新型摩擦阻尼器，通过拟静力实验证明了该新型阻尼器的有效性。结果分析表

明，通过该新型阻尼器结合增加柱尺寸的地震改造，可以最小化达到极限状态的概率，还可得到最低的维修成本和最短的维修时间。

（2）筒式摩擦阻尼器

日本SumitomoMetalIndustries公司消能减震装置（EDR），这是一种被动摩擦装置，圆柱形钢筒、活塞杆、弹簧、压缩楔、摩擦楔等

组成，这种装置的独特之处在于它能自复位以及产生的摩擦力与位移成正比。

MirtaheriM等提出了一种新型的圆柱摩擦阻尼器（CFD）。该减振器由两个主要部件组成，内轴和外缸。主要部件的尺寸和性能是根

据结构的抗震要求确定的。与其他类型的摩擦阻尼器不同，CFD不需要机械手段（如高强度螺栓）在接触面之间产生摩擦，这降低了施工

成本并提高了其可靠性。

屈俊童等提出了一种筒式自复位SMA-摩擦阻尼器，无论该阻尼器受到拉力，还是压