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拟线性滞回阻尼器：特性、分析与隔震结构应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

地震作为一种极具破坏力的自然灾害，往往会对建筑结构造成严重的损害，进而威胁到人们的生命和财产安全。回顾历史上的诸多地震灾害，如1976年的唐山大地震、2008年的汶川大地震以及2011年的东日本大地震等，这些惨痛的事件无一不警示着我们地震灾害的严重性和抗震研究的紧迫性。在这些地震中，大量的建筑由于抗震性能不足而倒塌或严重受损，导致了无数的人员伤亡和巨大的经济损失。据统计，唐山大地震造成了24.2万多人死亡，16.4万多人重伤；汶川大地震更是导致6.9万多人遇难，37.4万多人受伤，直接经济损失达8451亿元人民币。这些触目惊心的数据充分凸显了提升建筑结构抗震性能的重要性和紧迫性。

在众多的抗震技术中，基础隔震技术因其能够有效减小上部结构的地震响应，近年来在新建和加固工程中得到了广泛的应用。基础隔震技术的核心原理是在建筑物的基础与上部结构之间设置隔震层，通过隔震层的变形来延长结构的自振周期，从而减小传递到上部结构的地震能量。然而，隔震层的水平刚度较小，在罕遇地震作用下容易产生较大变形。为了限制隔震结构的位移响应，结构工程师通常会在隔震层安装阻尼器。阻尼器作为一种重要的耗能装置，能够在地震发生时，通过自身的耗能机制将地震能量转化为其他形式的能量，从而有效地减小结构的振动反应。

拟线性滞回阻尼器作为一种新型的阻尼器，在建筑抗震领域中展现出了独特的优势和重要的地位。与传统的阻尼器相比，拟线性滞回阻尼器具有更加理想的滞回特性，其阻尼力能够随着结构位移的增大而增大，从而在大震中能够更有效地耗散地震能量，提高结构的抗震性能。同时，拟线性滞回阻尼器还具有构造简单、价格性能比好等优点，使其在各类建筑结构中具有广阔的应用前景。例如，新型拟线性滞回变摩擦阻尼器，它通过改变套筒的内径，使内部摩擦环在移动过程中与套筒内壁之间摩擦力的大小与其位移幅值成正比，从而产生近似线性的滞回阻尼特征，能够同时满足大吨位和大位移的要求，其滞回曲线的耗能能力较强。

研究拟线性滞回阻尼器对于提升建筑结构的抗震性能具有重要的现实意义。从保障人民生命财产安全的角度来看，一个抗震性能良好的建筑结构能够在地震发生时为人们提供可靠的避难场所，减少人员伤亡和财产损失。通过深入研究拟线性滞回阻尼器的性能和应用，可以为建筑结构的抗震设计提供更加科学、有效的依据，从而提高建筑结构在地震中的安全性和可靠性。从推动建筑行业可持续发展的角度来看，采用高效的抗震技术和装置，如拟线性滞回阻尼器，能够降低建筑在地震后的修复和重建成本，减少资源的浪费，促进建筑行业的可持续发展。同时，这也有助于提升社会的整体稳定性和经济的可持续发展能力。因此，对拟线性滞回阻尼器的研究具有重要的理论和实际价值，对于推动建筑抗震技术的进步和保障社会的安全稳定具有重要意义。

1.2国内外研究现状

在国外，拟线性滞回阻尼器的研究起步相对较早，取得了一系列重要的成果。一些学者对新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的力学性能进行了深入研究，通过理论分析和实验验证，揭示了其滞回特性、耗能能力以及在不同工况下的工作性能。在数值模拟方面，国外学者基于有限元程序ANSYS用户自定义USERMAT接口进行了二次开发，实现了新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的变刚度特性和滞回特性用于数值模拟，首次在商业有限元软件里实现了含负刚度特性的非线性滞回曲线，为该阻尼器在工程结构上的应用提供了有力的工具。在实际应用中，拟线性滞回阻尼器也被应用于大跨度悬索桥等大型工程结构中，通过对比粘滞阻尼器等传统阻尼器，分析了其减震规律和效果，证明了其在控制结构振动方面的有效性。

国内对于拟线性滞回阻尼器的研究也在不断深入。北京工业大学的学者提出了一种具有拟线性滞回特征的变截面U型钢阻尼器，通过性能试验对3个变截面U型钢阻尼器试件的滞回性能进行考察，给出了滞回模型的理论算式，并采用ABAQUS进行了有限元数值模拟，分析与试验结果基本吻合。设计了采用变截面U型钢板阻尼器的隔震方案，与常规铅芯阻尼隔震方案对比分析表明，合理设计的变截面U型钢阻尼器具有拟线性滞回特征的阻尼性能，采用该阻尼的基础隔震方案可以同时减小上部结构层剪力和隔震层位移的振动幅值。还有学者对具有拟线性滞回阻尼特征的U型变截面软钢阻尼器及组合装置进行了研究，该阻尼器及组合装置具有大变形能力并且可以解决阻尼器出力不变的问题，为结构减震控制提供了新的选择。

然而，当前的研究仍存在一些不足之处。在阻尼器的性能研究方面，虽然对拟线性滞回阻尼器的滞回特性和耗能能力有了一定的认识，但对于其在复杂地震工况下的性能表现，如在近断层地震、长周期地震等特殊地震动作用下的响应规律和耗能机制，还需要进一