新型扭转弹簧摩擦阻尼器力学性能的理论分析与数值模拟.pdfVIP

第５０卷第２４期山西建筑Ｖｏｌ．５０Ｎｏ．２４

·６·２０２４年１２月Ｄｅｃ．２０２４

ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ

１０．１３７１９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６８２５．２０２４．２４．００２

ＤＯＩ：

新型扭转弹簧摩擦阻尼器力学性能的理论分析与数值模拟★

张晓华，韩晨阳

（北京工业大学城市建设学部，北京１００１２４）

摘要：基于扭转弹簧扭转后可以自复位的特性，提出了一种新型扭转弹簧摩擦阻尼器（ＴＳＦＤ）。首先阐述了ＴＳＦＤ的构造及

其工作原理；其次构建了ＴＳＦＤ的简化力学模型和有限元模型，分别研究了摩擦系数、正压力和扭转弹簧刚度对ＴＳＦＤ力学性

能的影响规律，并对比分析了ＴＳＦＤ力－位移滞回关系曲线理论分析结果与数值模拟结果。研究结果表明：ＴＳＦＤ具有良好的

耗能能力、承载能力和自复位能力，此外，有限元模型得到的滞回曲线和理论曲线吻合较好，验证了其力学模型的精确性。

关键词：扭转弹簧；自复位；摩擦阻尼器；数值模拟；滞回性能；摩擦系数

中图分类号：ＴＵ３１１文献标识码：Ａ１００９－６８２５（２０２４）２４－０００６－０５

文章编号：

结构在地震的作用下会产生振动，而过度的振动响应等［１４］利用ＳＭＡ螺栓设计了一种自复位滑动摩擦阻尼

［１５］

会导致结构破坏，因此需要采取有效的振动控制措施以控器，并将其应用于摇摆结构中；Ｏｚｂｕｌｕｔ等利用ＳＭＡ丝

制结构。通常所采取的方式就是在结构上安装消能减震的超弹性提出了一种自复位摩擦阻尼器，并通过动力时

［１６］

装置，以此来减小结构的地震响应，从而达到保护结构不程分析验证了阻尼器的减震效果；Ｚｈａｎｇ等基于杠杆

［１］机构提出了一种放大ＳＭＡ变形的自复位摩擦阻尼器；任

受地震破坏的目的。现有的研究表明，在结构物上安装

［１７］

耗能阻尼器可以有效避免结构的重大破坏，延长结构的使文杰等提出了一种加入预应变ＳＭＡ丝束的新型自复

用寿命。目前，用于建筑结构消能减震的阻尼器主要有黏位摩擦阻尼器，并综合理论分析和试验研究验证了其良

滞性阻尼器、黏弹性阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器等，好的耗能及复位功能。

而在这些阻尼器中，摩擦阻尼器凭借其简单可靠、价格低尽管基于ＳＭＡ的摩擦阻尼器具有较好的耗能及自

［２－５］复位功能，但由于ＳＭＡ材料价格昂贵且加工难度大，难

廉、适用性广泛等优势而受到国内外学者的广泛关注。

摩擦阻尼器已被广泛应用于工程抗震领域。以推广应用。与ＳＭＡ材料类似，扭转弹簧也具有自复位

［６］功能，且扭转弹簧具有价格低廉、易于加工以及性能稳定

１９８０年，Ｐａｌｌ等首次提出了摩擦缝概念，并设计了有限

［７］［１８］

滑动螺栓（ＬＳＢ）接头。１９８２年，Ｐａｌｌ和Ｍａｒｓｈ等对滑动等优势，易推广应用。因此，本文提出了一种新型扭

摩擦