新型转动摩擦阻尼器在建筑工程中的应用paper
新型转动摩擦阻尼器在建筑工程中的应用
Imad Mualla 1，曹铁柱2，廖膺铨2
（1丹麦DAMPTECH公司，哥本哈根, 2800; 2捷成工业，北京100005）
[摘要] 介绍了丹麦Mualla博士研发的一种基于转动概念的摩擦阻尼系统，这种阻尼器工作原理清晰，模型种类多样，从制作到安装都非常简单。对于地震、大风等动力荷载引起建筑结构的振动控制效果很好，目前已通过多个大型国际试验室的测试，并已在日本、印度和希腊等地震多发国家广泛应用。这些测试研究和实际工程表明，转动摩擦阻尼器是采用消能减震技术的优选之一。
[关键词] 转动摩擦阻尼器;消能减震系统; 隔震系统
中图分类号：文献标识码：文章编号：
作者简介：Imad Mualla，DAMPTECH技术总监，Email：ihm@https://www.360docs.net/doc/ec18339511.html,。
A new rotational friction concept damper for vibration control of buildings
Imad Mualla 1，Cao Tiezhu 2，Kelvin Liu 2
（1DAMPTECH ，Copenhagen，2800；2. Jebsen Industrial，Beijing 100005, China）
Abstract：The latest technology of the rotational friction damper developed by Dr. Mualla from DAMPTECH, Denmark was introduced. The rotational friction damper has advantage of simplicity for both its construction and installation. The rotational friction damper has a wide-range of application. It can be applied to the structural seismic protection, wind resistance and other structural vibration control, al l with very proven results. The damper’s capability for energy dissipation has been extensively tested and studied in various leading laboratories and the technology is widely adopted in some countries with high earthquake-occurrences, e.g. Japan, India and Greece. Both the experiments and real-life projects show a very position result for the technology. Keywords：rotational friction damper; energy dissipation and seismic system; base isolation system
0 前言
结构设计中使用阻尼器的目的主要是帮助结构耗散地震输入能量,节省造价,保护结构和非结构在震动中的安全，避免破坏。
本文将主要介绍丹麦DAMPTECH公司Mualla 博士发明的一种新型转动摩擦阻尼器，这种阻尼器可用于结构的抗震、抗风和其他振动控制。目前，该设备已在世界范围内大量测试和应用，通过这些广泛的测试研究和工程应用表明，转动摩擦阻尼器具有很好的耗能能力。
这种阻尼器通过了丹麦科技大学和日本Takenaka公司研究中心的测试。从测试和有限元分析软件数值模拟得到的比较结果显示，两种情况下阻尼器性能表现拟合效果非常好。
结构抗震计算分析研究表明，结构整体地震反应受一些自身振动特征值影响较大，如阻尼比、场地类别、抗侧刚度和结构基本周期等。改善结构阻尼属性可以通过各类阻尼设备实现，这些阻尼器主要通过消能减震和基础隔震方式加入到结构中。摩擦阻尼器可以高效提高结构阻尼比从而改善结构的动力反应。
这种摩擦阻尼器从制作到安装都很简单。由于选材特殊，减震效果明显，经济性很高，如出现意外情况造成阻尼器损坏，还可以进行非常简单的更换和调整。
1 摩擦阻尼器应用方法简介
由于结构自身的阻尼比较小，因此在地震设防烈度较高的地区建造建筑时，为了减小结构和构件的受力和变形，可考虑额外加设耗能系统。在结构中使用转动摩擦概念的阻尼器是一个不错的选择。
安装这种阻尼器最常采用V形支架的方式，这种方式可以使阻尼器高效地耗散地震能量。本文将详细讨论摩擦阻尼器在这种安装系统中的应用。
这种阻尼器还可以应用在隔震系统中。隔震系统中选用阻尼器的目的在于通过减小地震力和变形保护结构整体性和防止结构的损坏[1]。几种典型的隔震系统类型已经被提出和研究[2，3]。随着世界各地不同国家采用隔震系统项目数量的不断增加，隔震系统已经多次证明了它的价值。很多隔震系统选用了摩擦阻尼器作为阻尼部分，因为这种设备的成本较低，但耗能能力强，控制效果好，而且安装和维护都很简单。一些摩擦设备已经通过了测试[4，5]，其中一些摩擦阻尼器已经在世界各地的建筑物中使用。另外，基础隔震系统也经常采用粘弹性阻尼器[6]。
本文还将提出几种新的阻尼系统的应用模式。
2 转动摩擦阻尼器的工作机制
摩擦阻尼器（RFD）是基于旋转摩擦概念的阻尼器，见图1。这种设备由几个钢板（长板和横板）和钢板间节点处放置的碟状摩擦片组成。通过高强螺栓、蝶形弹簧、垫圈组件及压力分配板对钢板施加压力。阻尼器在中位（零变形）时，短向板同长向板相垂直，当阻尼器受到动力荷载作用时，短向板开始以螺栓为中心转动，阻尼器将产生延长或缩短的单向变化效果，节点处的相对转动将产生钢板与摩擦材料之间的滑动摩擦，从而实现机械能向热能的转化，并将热量释放掉。
图1 摩擦阻尼器
图2阻尼器以V形支架方式安置在结构中
当一个框架结构受到很大的侧向外力时，结构顶部将在该力作用下出现水平位移。此时在支架系统的传递作用下，在钢板表面和摩擦片材料之间产生摩擦阻尼力阻碍结构的水平运动。当结构向左侧发生位移时，左侧的阻尼器将会变长、右侧的阻尼器将会缩短，但两侧阻尼器均可以耗散能量。同理，当结构发生向右的位移时，右侧的阻尼器变长、左侧的阻尼器缩短，两个阻尼器也都可以耗散能量。在真实的地震中，框架结构将会类似于图2的变化反复向左向右不断变化，因此阻尼器可以通过不断变长变短进行能量耗散。
图3日本最高建筑阿部野桥大厦中安装的转动摩擦阻尼器这种摩擦阻尼器的组件非常简单，很容易组装，并且设置很灵活。如图3所示，这是一个很典型的例子，采用2个4节点的阻尼器用于代替8节点的阻尼器起到同样的减震效果，但阻尼器出力减小了一半。以转动摩擦概念为基础的阻尼器可以随意以各种方式设置在各种类型的支撑体系中。图3展示了这种阻尼器成功的安装在日本最高的建筑中。另外还有几种不同模式的阻尼器安装在希腊的一些建筑中，详见图4~6。
图4希腊某新建混凝土建筑中安装的转动摩擦阻尼器
图5 希腊某现有混凝土结构增加2层钢结构
图6 希腊某工业新建建筑中安置摩擦阻尼器
3 板式阻尼器
另外一种模式的摩擦阻尼器为板式阻尼器，见图7，8。这种阻尼器可以有效地应用到一些不适宜
加设支撑的结构中。它可以用于加固现有的结构中，因为它很容易安装（拼装完全在工厂进行），并且阻尼器还可以很好地通过装饰隐藏在室内。
刚性剪力墙通常可为结构提供很大的侧向刚度，但是使用剪力墙的缺点是缩短了结构的自振周期，放大地震反应，特别是造成一些较高楼层发生较为严重的损坏。因此，建议选用阻尼器增加结构的阻尼比更为合理。
图7 测试过程中的板式阻尼器
图8板式阻尼器安装效果图
4 基础隔震中的摩擦阻尼器
图9 日本某隔震项目的阻尼器安装完毕
基础隔震是技术要求较高的结构保护系统技术之一，通过隔震垫和阻尼器将上部结构同基础隔离，由于隔震部分侧向刚度很小，在地震水平作用下，隔震部件将通过自身的变形进行耗能，达到上部结构几乎只做简单平动。日本很多隔震系统选用了摩擦阻尼器作为阻尼部分，如某7层和9层的工业建筑，见图10。更值得关注的是，摩擦阻尼器隔震系统还安装在40层的塔楼结构中，见图11。
图10选用摩擦阻尼隔震系统的工业建筑
图11 3个选用摩擦阻尼隔震系统的40层塔楼
5 阻尼器测试
一个大型摩擦阻尼器在丹麦科技大学实验室进行了测试。这次测试分别设定了不同频率和位移幅值的荷载工况。测试结果表明，多次循环周期之后阻尼器的性能表现稳定。如图12所示，荷载频率0.5Hz，荷载往复次数100，位移幅值±25mm运动过程阻尼器的性能表现。之所以获得如此好的测试效果，这是同在钢板间摩擦铰点处采用了特殊的摩擦材料垫片决定的[7-9]。
图12阻尼器测试结果
另一个摩擦阻尼器工程测试案例是日本某5层新建钢筋混凝土结构的实验室（图13），摩擦阻尼器实现了的预期性能要求。除了进行这些测试之外
还进行了缩尺模型的不同温度下阻尼器的温度稳定性测试。
图13日本某隔震项目的阻尼器现场测试
6 结语
本文介绍和讨论了基于转动摩擦为基础的阻尼系统。这种系统对于帮助结构控制强风和地震引起的振动都是十分有效的。通过测试结果已经表明纯摩擦类型的阻尼器具有很好的性能表现。通过计算机模拟阻尼器和利用有限元软件分析也表明了这种阻尼系统的有效性。
这种设备很容易加工和设置到结构中。由于选材合理，它还是一个经济性强的设备。如果意外事件造成损坏，还可以进行很简单的替换，这点是其他阻尼器很难做到的。并且这种阻尼器加工完成后还可以调整出力大小，这更是其他类型阻尼器不可能实现的。
目前，已经有很多DAMPTECH公司的阻尼系统安装在日本、希腊、印度和丹麦的建筑中。
参考文献
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摩擦阻尼器在工程结构中的研究与应用1 史春芳，徐赵东，卢立恒 东南大学土木工程学院，江苏南京（210096） E-mail：Shichunfang998@https://www.360docs.net/doc/ec18339511.html, 摘要：摩擦阻尼器是一种耗能性能良好、构造简单、制作方便的减震装置。本文概述了摩擦阻尼器的种类、构造以及减震原理，介绍了摩擦阻尼器的力学模型和结构分析方法。摩擦阻尼器在实际中得到了大量的工程应用，本文简述了摩擦阻尼器在云南省洱源县振戎中学教学楼和食堂楼中的应用，以及在东北某大楼加固中的应用。 关键词：摩擦阻尼器，耗能减震，计算模型，分析方法 中国分类号：P315.966 1．引言 传统的抗震方法是通过结构本身的塑性变形来耗散地震能量，其实质就是把结构本身及构件作为“消能”元件，这样必然使结构产生不同程度的损坏，甚至产生严重的破坏和倒塌。结构控制，通过在结构上设置控制装置，由控制机构和结构一起来抵御地震等动力作用，使结构的动力反应减小。 在结构上附加耗能减震装置的减震方法是结构被动控制的一种。摩擦阻尼器作为一种耗能装置，因其耗能能力强，荷载大小、频率对其性能影响不大，且构造简单，取材容易，造价低廉，因而具有很好的应用前景。特别是在控制结构近断层地震反应和中高层结构地震反应方面有独特优势。摩擦阻尼器对结构进行振动控制的机理是：阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散地震能量，同时，由于结构变形后自振周期加长，减小了地震输入，从而达到降低结构地震反应的目的。 2．摩擦阻尼器的种类、构造以及减震机理 摩擦阻尼器的发展始于20世纪70年代末，随后为适应不同类型的建筑结构，国内外学者陆续研制开发了多种摩擦阻尼器，其摩擦力大小易于控制，可方便地通过调节预紧力大小来确定。目前，研究开发的摩擦阻尼器主要有：普通摩擦阻尼器、Pall摩擦阻尼器、Sumitomo 摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器、T形芯板摩擦阻尼器、拟粘滞摩擦阻尼器、多级摩擦阻尼器以及一些摩擦复合耗能器。 图1为普通摩擦阻尼器的构造，它是通过开有狭长槽孔的中间钢板相对于上下两块铜垫板的摩擦运动而耗能，调整螺栓的紧固力可改变滑动摩擦力的大小[1]。滑动摩擦力与螺栓的紧固力成正比，另外，钢与铜接触面之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力差别小，滑动摩擦力的衰减也不大，保证摩擦耗能系统工作的稳定性。经过试验发现，摩擦力的衰减随螺栓紧固力的减小而增大，且摩擦力的衰减是螺栓松动引起的。 1本课题得到国家自然基金项目（50508010）、江苏省创新人才自然基金项目（BK2005410）和东南大学优秀青年骨干教师项目的资助。
按照领导旨意： 摩擦阻尼消能减震技术的研究启动，对其基本概念提起审阅； 1.四种技术类型：摩擦耗能节点；板式摩擦阻尼器；筒式摩擦阻尼器；复合型摩擦阻尼器； 2.消能减震设计：一种新的抗震方法；“摩擦消能器”是一种构造简单，经济耐用的消能装置，适用于工程结构抗震。 3.四种控制形式：被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制； 3.1被动控制减震技术的核心在于安装于结构中的阻尼器这种装置； 3.2结构震动控制就是通过调整结构的动力特性或提供外力抵御和地震载荷作用，让结构和控制系统共同抵御外界动荷载的作用，达到控制结构形态，减轻结构动力响应目的 3.3被动控制：不需要外部能源输入提供控制力控制过程不受结构反应和外界条件影响的控制方法。一般是在结构的某些部位附加子系统来改变结构的动力特性，消耗震动能量，达到减小结构动力反应的目的。 3.4被动控制技术因其造价低、可靠性高、施工简便的特点而得到广泛地应用。 3.5被动控制主要分为：结构隔震、动力吸震和消能减震。 3.6消能减震：就是把结构的某些非承重构件（如支撑、连接件等）设计成耗能杆件，或在结构的某些部位（节点、支撑等）装设阻尼装置，通过阻尼装置产生摩擦、弯曲（或剪切、扭转）、弹塑（或粘滞、粘弹）性滞回变形来耗散输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构发生破坏或倒塌。达到减震控制的目的。 3.7在消能减震理论分析、设计方法和试验经大量研究并制作多种消能器。在风载和小震作用下，消能器为结构提供足够的初始刚度，使结构处于弹性状态，当结构遭遇中、强震时，消能器发挥作用，产生较大阻尼，耗散地震能量，减轻结构损伤。 4.新型阻尼器“变阻尼粘滞阻尼器”： 4.1“可变阻尼力摩擦减振装置”： “向心式摩擦阻尼器”通过活塞、特别设计的阻尼棒共同控制阻尼的大小，使得阻尼可变可控，在不同的工作阶段可以预先设定为不同的参数值，不需要通
随着国内外研究人员的不断研究，摩擦阻尼器的种类越来越多，不仅开发出普通摩擦阻尼器，还开发出Pall摩擦阻尼器及Sumitomo摩擦阻尼器等多种摩擦阻尼器，其工作原理是利用摩擦阻尼器进行减震的方法能够有避免对建筑物结构本身的破坏。 原理： 传统的抗震方法是通过结构本身的塑性变形来耗散地震能量,其实质就是把结构本身及构件作为“消能”元件,这样必然使结构产生不同程度的损坏,甚至产生严重的破坏和倒塌。结构控制,通过在结构上设置控制装置,由控制机构和结构一起来抵御地震等动力作用,使结构的动力反应减小。 优点： 在结构上附加耗能减震装置的减震方法是结构被动控制的一种摩擦阻尼器作为一种耗能装置，因其耗能能力强，荷载大小、频率对其性能影响不大，且构造简单，特别是在控制结构近断层地震反应和中高层结构地震反应方面有较好的优势。 对结构进行振动控制机理是:阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散地震能量，同时，由于结构变形后自振周期加长，减小了地震输入从而达到降低结构地震反应的目的。
构造： 主要包括中间钢板，两外侧钢板以及钢板之间的摩擦材料，由中间钢板与摩擦材料之间的相对滑移产生摩擦力，将建筑物的振动能量转化成热能，从而达到减轻结构振动响应的目的。 上述内容仅供参考，如有需求，可咨询专业的生产厂家：南京大德减震科技有限公司进行详细的了解，以市场为导向，提供专业的工程减隔震技术咨询、各类减隔震产品的生产、试验、销售、安装、售后服务等一体化服务，拥有专利二十余项，拥有丰富的减震产品研发制造经验，参与过奥林匹克工程多项国家重点工程方案设计、产品制造、安装、售后等工作。
新型摩擦阻尼器在建筑结构抗震的应用 ［摘要］提出了一种新型摩擦阻尼器，构造简单、工作机理明确，能够提供随着位移变化而变化的摩擦力，给出了连续性滞回模型描述其力学性能，进行了新型摩擦阻尼器和普通摩擦阻尼器的非线性比较和分析，结果表明:在不同地震波作用的情况下，采用本文提出的新型摩擦阻尼器对体系位移和加速度控制效果最佳。 ［关键词］摩擦阻尼器;滞回模型;振动控制;抗震
传统的建筑结构抗震设计理念是通过增大结构自身的抗震性能(强度、刚度或延性)来抵御地震作用，利用结构自身储存或者耗散输入的能量，这种方法不具备自我调节与控制的能力［1］。20世纪70年代学者将振动控制理念引入土木工程领域，在结构振动控制理论、方法以及工程应用等方面均取得了大量成果，理论实践表明，结构振动控制能有效减小结构在外荷载作用下的反应和损失，是一种有效的抗震减灾技术。按照是否需要外部能量输入可以对结构振动的控制分为主动控制、被动控制、两者结合控制。主动控制通过对结构加设消能装置或者将结构构件设计为消能构件，通过消能装置和结构共同作用来吸收或者耗散输入能量，成为目前结构控制领域关注的热点。常用的耗能装置有位移型阻尼器、速度型阻尼器和混合型阻尼器。摩擦阻尼器属于位移型阻尼器，具有构造简单、耗能能力强等优点，成为建筑结构被动控制领域常用的耗能装置。近40多年来，国内外研究人员针对摩擦耗能器开展了大量研究，研发出的摩擦耗能器主要有:普通摩擦耗能器、Pall耗能器、摩擦剪切铰耗能器、EDＲ摩擦耗能器、多级摩擦耗能器、摩擦复合耗能器。多数摩擦耗能器是位移型消能装置，只有在外力作用超过起滑力之后才产生滑动实现耗能，在运动过程中正压力和摩擦面系数保持不变。消能效果与起滑力设定具有密切联系，起滑力过大则耗能器不产生滑动，消能为零，可能会增大结构内力;起滑力过小，可能小震或者风振作用下耗能器就起滑，虽然滑动位移较大，但耗能效果欠佳。传统摩擦消能器不能根据结构的对作用力反应，实现对结构自有特性的改变，在结构振动控制领域具有一定局限性［2］。早在1990年Kobri便提出了结构半主动变刚度控制方法［3］;2006年我国学者赵东等提出了一种可控变力单向摩擦阻尼器，利用振源位移反馈信号进行主动控制［4］;2010年，王茜茜等提出了一种具有简单控制律的Off-On
图片简介: 本技术新型介绍了一种摩擦型连梁阻尼器，包括连接件，该连接件包括左连接件和右连接件，分别用于安装在左、右联肢剪力墙之间连梁的中部，且连接连梁的相对两端；约束部，该约束部设置于所述左连接件与所述右连接件之间，用于连接所述左连接件和所述右连接件，所述约束部的其中一侧通过焊接固定于左连接件，另一侧通过连接螺栓与右连接件固定连接。有益效果在于：可对连梁本身、两侧联肢剪力墙构件及底部剪力墙构件进行更好的保护；提供的摩擦力恒定，可限制与其相连的周围结构构件的内力上限，从而降低周边连接构件的设计和施工难度；能够实现震后快速维修和快速恢复功能。 技术要求 1.一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于，包括： 连接件，该连接件包括左连接件（1）和右连接件（4），分别用于安装在左、右联肢剪力墙（8）之间连梁的中部，且连接连梁的相对两端； 约束部，该约束部设置于所述左连接件（1）与所述右连接件（4）之间，用于连接所述左连接件（1）和所述右连接件（4），所述约束部为平板结构，所述约束部的其中一侧通过焊接固定于左连接件（1），另一侧通过连接螺栓（6）与右连接件（4）固定连接；
中部剪切板（401），该中部剪切板（401）设置于所述右连接件（4）上且贴合在所述约束部的内侧，所述中部剪切板（401）通过连接螺栓（6）与约束部连接，且所述中部剪切板（401）上成型有长槽孔（402），所述连接螺栓（6）贯穿该长槽孔（402）后与所述约束部固定连接，从而使所述中部剪切板（401）可沿该长槽孔（402）方向做贴合约束部平面的滑动；所述连接螺栓（6）未贯穿中部剪切板（401）一端与所述约束部之间设置有弹性件；所述中部剪切板（401）与所述约束部之间设置有摩擦芯板（7），摩擦芯板（7）嵌固于所述约束部两侧钢板的内侧。 2.根据权利要求1所述一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于：所述左连接件（1）包括竖直设置的左套筒固定板（102），所述左套筒固定板（102）的一侧表面设置有若干个左连接套筒（101），另一侧设置有连接所述约束部的连接板（103）； 所述右连接件（4）包括竖直设置的右套筒固定板（404），所述右套筒固定板（404）的一侧表面设置有若干个右连接套筒（403），所述中部剪切板（401）垂直设置于所述右套筒固定板（404）的另一侧中部。 3.根据权利要求2所述一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于：所述长槽孔（402）设置有两个，且均与所述右套筒固定板（404）相互平行；所述连接螺栓（6）共有四组，且呈矩形分布，每个所述长槽孔（402）均对应贯穿两组连接螺栓（6）。 4.根据权利要求1所述一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于：所述约束部共设置有两块约束钢板，且分别设置于所述中部剪切板（401）的两侧。 5.根据权利要求4所述一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于：所述约束部为约束钢板（3），所述约束钢板（3）上成型有配合所述固定螺栓（2）和所述连接螺栓（6）的孔位。 6.根据权利要求4所述一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于：所述摩擦芯板（7）共设置由两块，其分别嵌固于所述约束部两侧钢板的内侧，且分别贴合在所述中部剪切板（401）的两侧表面；该摩擦芯板（7）上成型有配合所述连接螺栓（6）的孔位。 7.根据权利要求1所述一种摩擦型连梁阻尼器，其特征在于：所述弹性件为蝶形弹簧（5）。
1.摩擦耗能支撑装置的性能与工程应用 ●摩擦耗能支撑装置采用的耗能器为钢板和橡胶片组成的摩擦型耗能器 ●摩擦耗能支撑装置由钢筋混凝土支撑和摩擦型耗能器构成，1.在未达到启动条件 (大震)时，摩擦耗能器未启动，其作用相当于刚性拉杆，整个装置与普通支撑的效果基本相同;2.当达到启动条件后，耗能器开始启动，利用其本身的阻尼、摩擦、塑性变形性能来耗散地震能量，从而提高了结构的安全可靠性。 ●达到减震防灾的目的，耗能支撑装置中耗能器的启动力应与水平地震作用沿高度 方向的分布相适应
●当结构在某楼层处遭遇到的水平地震作用力FE超过该处设置的耗能器的启动力F 时 ●如果能在保持结构抗侧移能力的前提下设法减轻结构的自重，就可减小地震时结 构承受的地震作用力，从而提高结构的抗震能力。 ●在我国广大的高烈度区，10层左右的钢筋混凝土房屋在高层建筑中占有相当大的 比重，且多数是框架剪力墙结构。在这类结构中采用钢板橡胶摩擦型耗能器及钢筋混凝土支撑体系(即摩擦耗能支撑装置)来取代剪力墙，不仅可以大大降低工程造价，而且可以减小结构承受的地震作用力，改善结构的抗震性能。因此，钢板橡胶摩擦型耗能器及钢筋混凝土框架支撑体系是着重研究的方向 ●大震下才能启动摩擦消能阻尼器
●框架中的摩擦耗能支撑装置的一般形式如图1所示，由支撑斜杆和耗能器构成。 在未达到启动条件(大震)时，耗能器不启动，其作用相当于刚性拉杆，整个装置与普通支撑的效果基本相同，结构的抗侧移刚度得到了提高，减小了正常使用条件下框架结构的侧向位移。当达到启动条件后，耗能器开始启动，利用其本身的阻尼、摩擦、塑性变形性能来耗散地震能量。摩擦耗能支撑装置保护主体框架的示意图 摩擦耗能器的类型与性能及其在实际工程中的应用 ●在耗能节点中嵌入摩擦片(如制动闸衬垫）对摩擦面进行处理咖碾磨或采用钢—黄 铜摩擦接触面)能有效提高耗能能力，而且耗能性能稳定，不受加载频率、速度的影响，表现出良好的库仑特性，其滞回曲线呈理想矩形。
半主动减振器工作原理及控制方式 丁问司 1．控制规则 1．1悬挂系统分类 悬挂系统从振动控制的角度来说可分为主动悬挂与被动悬挂，其中主动悬挂按其是否需要外界能量的供应可分为有源主动悬挂和无源主动悬挂。 有源主动悬挂也称全主动悬挂，通常由产生主动力或主动力矩的装置（油缸、气缸、伺服电机、电磁铁）、测量元件（加速度传感器、速度传感器、力传感器等）和反馈控制系统等几部分及一个能连续供应能量的动力源组成。 无源主动悬挂也称作半主动悬挂。由无能源输入但可进行控制的阻尼元件和弹性元件组成，其减振方式和工作原理与被动悬挂相似，不同的是悬挂参数可在一定的范围内任意调节，以获得最佳的减振效果。 半主动悬挂与全主动悬挂的区别是前者只能调节阻尼力的大小，而后者则可同时控制阻尼力的大小方向。 半主动悬挂的核心实际上是一种可调阻尼减振器，其阻尼力大小一般通过调振节流孔开度来获得，而对阻尼力的约束条件是：系统振动时联系于阻尼器的能量全部耗散掉。 1．2列车半主动控制原理 悬架系统的半主动控制原理在七十年代由美国人Karnopp提出，旨在以接近被动悬挂的造价和复杂程度来提供接近主动悬挂的性能。其基本思想是根据激励和系统的状态调节悬挂系统中的刚度和阻尼，以使某个性能指标达到最优。由于在半主动状态下改变系统的刚度非常困难，目前的研究实际上仅限于对悬挂系统阻尼的控制。 多年研究使得半主动悬架控制系统衍生了多种控制方式，其中包括：慢速控制、天棚控制、相对控制、最优控制、预测控制、自适应控制、神经网络控制等。从工程实践的情况来看目前只有天棚控制方式取得了较好的效果，并已运用到成熟的产品中。日本KYB公司与铁道总研联合研制的列车横向半主动减振器及是运用了天棚（Sky Hook）控制原理。 列车天棚原理的基本控制逻辑是被称为“天棚悬架”的数学模型，如图1所示。假设列车是沿一道虚拟的刚性墙移动，在虚拟墙与车体之间通过一虚拟减振器的作用来减小车体振动，此虚拟减振器称天棚减振器。 按照天棚原理，列车运行时理想的状况是天棚减振器始终处于工作状态以提供减振力。由于天棚减振器是虚拟的，则其应提供的减振力实际上由安装于车体与转向架间的横向减振器模拟提供。 假设车体的绝对速度X 1 为正（设向右为正），相对速度也为正时（车体相对转向架向右运动），虚拟的“天棚减振器”应产生一向左的力，实际中的横向减 振器也产生一向左的力，此两力的方向相同，则F r = F s 。 仍假设车体的绝对速度X 1 为正，而相对速度为负时（车体相对转向架向左运
摩擦型阻尼器是一种位移阻尼器，主要用于减小地震响应。通过构件相对位移时产生摩擦做功而耗散能量。现如今，摩擦型阻尼器根据其结构的不同，主要分为：Pall型摩擦耗能器、摩擦筒制震器等，其施工及安装方案如下所示： 摩擦阻尼器(FD)安装施工： （1）按金属摩擦阻尼器布置图确定金属摩擦阻尼器安装的具体位置及相应型号，在其安装位置所在梁柱上分别画出中心线。 （2）按图所示位置安装上节点板。 a) 安装中心线的位置的上节点板。 b) 将节点板按安装图尺寸安装到位。 c)点焊固定节点板，并复查位置是否正确。 e) 将节点板焊接牢固。 （3）将金属摩擦阻尼器吊装到位，并与上节点板正确连接。 （4）在地面焊接水平支撑节点板，焊接要求同上节点板，焊接水平支撑上部滑道，吊装水平支撑组合件，调至水平后临时固定。 （5）测量水平支撑中点到下梁柱交点距离，配切支撑杆，临时固定，再次校核水平支
撑是否水平，如水平则点焊固定。 （6）检查整个人字支撑，是否倾斜，扭转，如发生明显倾斜，扭转则必须切除重新调整，步骤同上，如无缺陷则将所有焊缝焊接牢固，最后按图焊接加劲板。 （7）打磨所用焊缝，拆除所有临时固定，涂防锈底漆和面漆。 （8）安装完成，清理现场。 以上是对摩擦型阻尼器的介绍，如有这方面的需求，可咨询专业的生产厂家：南京大德减震科技有限公司或者登陆公司官网：https://www.360docs.net/doc/ec18339511.html,/进行详细的了解。 南京大德减震科技有限公司是国内从事减隔震产品研发及制造的专业企业，员工百余人，生产基地约40亩，能够满足大批量减隔震产品的生产任务。公司以市场为导向，提供专业的工程减隔震技术咨询及各类减隔震产品的生产、检测、销售、安装、售后服务等一体化服务。公司所生产的各类减隔震产品在新建建筑以及既有建筑的加固中取得了广泛的应用，其中包括乌鲁木齐轨道交通项目、山西朱雀佳苑等项目、河南平原财富中心、山西儿童医院项目等等。减隔震产品的应用有效的增加了结构的抗震性能、节约了工程造价，扩大了建筑使用面积，获得了设计单位及其业主的广泛好评。经过长期的工程实践，公司可以配合设计、业主、施工方等为项目提供更好的技术方案及解决对策，从而为客户创造更高的价值。
新型转动摩擦阻尼器在建筑工程中的应用 Imad Mualla 1，曹铁柱2，廖膺铨2 （1丹麦DAMPTECH公司，哥本哈根, 2800; 2捷成工业，北京100005） [摘要] 介绍了丹麦Mualla博士研发的一种基于转动概念的摩擦阻尼系统，这种阻尼器工作原理清晰，模型种类多样，从制作到安装都非常简单。对于地震、大风等动力荷载引起建筑结构的振动控制效果很好，目前已通过多个大型国际试验室的测试，并已在日本、印度和希腊等地震多发国家广泛应用。这些测试研究和实际工程表明，转动摩擦阻尼器是采用消能减震技术的优选之一。 [关键词] 转动摩擦阻尼器;消能减震系统; 隔震系统 中图分类号：文献标识码：文章编号： 作者简介：Imad Mualla，DAMPTECH技术总监，Email：ihm@https://www.360docs.net/doc/ec18339511.html,。 A new rotational friction concept damper for vibration control of buildings Imad Mualla 1，Cao Tiezhu 2，Kelvin Liu 2 （1DAMPTECH ，Copenhagen，2800；2. Jebsen Industrial，Beijing 100005, China） Abstract：The latest technology of the rotational friction damper developed by Dr. Mualla from DAMPTECH, Denmark was introduced. The rotational friction damper has advantage of simplicity for both its construction and installation. The rotational friction damper has a wide-range of application. It can be applied to the structural seismic protection, wind resistance and other structural vibration control, al l with very proven results. The damper’s capability for energy dissipation has been extensively tested and studied in various leading laboratories and the technology is widely adopted in some countries with high earthquake-occurrences, e.g. Japan, India and Greece. Both the experiments and real-life projects show a very position result for the technology. Keywords：rotational friction damper; energy dissipation and seismic system; base isolation system 0 前言 结构设计中使用阻尼器的目的主要是帮助结构耗散地震输入能量,节省造价,保护结构和非结构在震动中的安全，避免破坏。 本文将主要介绍丹麦DAMPTECH公司Mualla 博士发明的一种新型转动摩擦阻尼器，这种阻尼器可用于结构的抗震、抗风和其他振动控制。目前，该设备已在世界范围内大量测试和应用，通过这些广泛的测试研究和工程应用表明，转动摩擦阻尼器具有很好的耗能能力。 这种阻尼器通过了丹麦科技大学和日本Takenaka公司研究中心的测试。从测试和有限元分析软件数值模拟得到的比较结果显示，两种情况下阻尼器性能表现拟合效果非常好。 结构抗震计算分析研究表明，结构整体地震反应受一些自身振动特征值影响较大，如阻尼比、场地类别、抗侧刚度和结构基本周期等。改善结构阻尼属性可以通过各类阻尼设备实现，这些阻尼器主要通过消能减震和基础隔震方式加入到结构中。摩擦阻尼器可以高效提高结构阻尼比从而改善结构的动力反应。 这种摩擦阻尼器从制作到安装都很简单。由于选材特殊，减震效果明显，经济性很高，如出现意外情况造成阻尼器损坏，还可以进行非常简单的更换和调整。 1 摩擦阻尼器应用方法简介 由于结构自身的阻尼比较小，因此在地震设防烈度较高的地区建造建筑时，为了减小结构和构件的受力和变形，可考虑额外加设耗能系统。在结构中使用转动摩擦概念的阻尼器是一个不错的选择。 安装这种阻尼器最常采用V形支架的方式，这种方式可以使阻尼器高效地耗散地震能量。本文将详细讨论摩擦阻尼器在这种安装系统中的应用。 这种阻尼器还可以应用在隔震系统中。隔震系统中选用阻尼器的目的在于通过减小地震力和变形保护结构整体性和防止结构的损坏[1]。几种典型的隔震系统类型已经被提出和研究[2，3]。随着世界各地不同国家采用隔震系统项目数量的不断增加，隔震系统已经多次证明了它的价值。很多隔震系统选用了摩擦阻尼器作为阻尼部分，因为这种设备的成本较低，但耗能能力强，控制效果好，而且安装和维护都很简单。一些摩擦设备已经通过了测试[4，5]，其中一些摩擦阻尼器已经在世界各地的建筑物中使用。另外，基础隔震系统也经常采用粘弹性阻尼器[6]。 本文还将提出几种新的阻尼系统的应用模式。
摩擦型阻尼器在抗震方面的应用 摘要随着近年来地震灾害频发，在建筑工程建设中对建筑物的抗震能力提出了新的要求。传统的建筑抗震结构通过建筑自身构件的变形来消耗地震能量，会对建筑物自身结构造成永久性破坏，对建筑物的后期使用安全造成较大的影响。通过在建筑物抗震结果中加入摩擦阻尼器构件，能够利用该构件吸收掉大部分地震能量，有效降低了地震对建筑物本体结构的破坏，对提升建筑物的整体抗震性能具有重要作用。本文对摩擦阻尼器在建筑抗震方面的应用进行了简单的分析。 关键词摩擦阻尼器；抗震；原理；应用 1摩擦阻尼器概述及分类 摩擦阻尼器是一种被动的耗能减振装置。随着近年来国内外研究人员的不断研究，开发出了多包括普通摩擦阻尼器、Pall摩擦阻尼器及Sumitomo摩擦阻尼器等多种摩擦阻尼器。 传统的建筑物抗震方法是通过建筑结构本身的塑性变形来消耗地震的能量，这种看诊方式会对结构本身造成较大的破坏，无法有效保证建筑的安全性。而通过利用摩擦阻尼器进行减震的方法能够有效避免对建筑物结构本身的破坏。摩擦阻尼器的耗能能力较高，建筑物本身的荷载以及震动频率对其耗能能力的影响较小，同时其还具有取材容易、造价低廉等特点，能够很好的应用到建筑结构的抗震工作中。 1.1普通摩擦阻尼器 普通的摩擦阻尼器主要分为三层结构，分别为中间钢板和上下两层的铜垫板。普通摩擦阻尼器主要是通过中间钢板对上下两层铜垫板的摩擦进行耗能，中间钢板与铜垫板通过螺栓进行连接，在耗能过程中，可以通过紧固螺栓或放松螺栓来调节摩擦力的大小。螺栓的紧固力越大，摩擦阻尼器运动所产生的摩擦力越大。同时，在该结构中采用钢板和铜两种材料，能够降低阻尼器滑动摩擦力的衰减，从而有效保证了阻尼器性能的充分发挥。经过试验证明，该摩擦阻尼器的摩擦力衰减主要受到螺栓紧固力的影响，因此，在安装过程中，需要尽量紧固螺栓，保证阻尼器实现最大的耗能，以此来尽量降低地震对建筑物结构的影响。 1.2 Pall摩擦阻尼器 Pall摩擦阻尼器是一种双向的摩擦阻尼器，目前已被广泛应用到工程的抗震结构中，它是由Pall等人在1982年设计出来的。Pall摩擦阻尼器采用X型结构，其摩擦构件在X型支架的中间交汇点上。X型结构的两条支架采用柔性材料，并在中间点连接摩擦结构。其X型支架利用方框行支架进行连接，这样能够在建筑结构的动力反应引起阻尼器所在结构层发生相对层间位移时，使X型结构
收稿日期:2005-04-18基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20020247019);上海市科委科技攻关计划产学研配套项目资助 (036511002);苏通长江公路大桥科研基金资助项目 作者简介:周海俊(1977-),男,浙江永嘉人,博士生.E -mail :haijunzhou77@https://www.360docs.net/doc/ec18339511.html, 摩擦型阻尼器的斜拉索减振试验研究 周海俊,孙利民,时 晨 (同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092) 摘要:通过人工激振后测自由振动衰减,得到了拉索-摩擦型阻尼器系统的对数衰减率.试验结果表明,安装摩擦型阻尼器后拉索阻尼有了很大的提高;试验测得的对数衰减率值与拉索的最大振幅及模态均相关;实测所得到的对数衰减率-振幅及模态关系和M ain 提出的理论计算结果,在拉索所能获得的对数衰减率最大值及对数衰减率值随振幅及模态的变化趋势相吻合,然而在振幅的幅值对应上存在较大的差异;对于非线性较强的摩擦型阻尼器,M ain 提出的理论仍需进行修正方能在阻尼器优化设计中应用.关键词:斜拉索实索;减振;摩擦型阻尼器;阻尼 中图分类号:T U 973+.31 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2006)07-0864-05 A Full -Scale Experimental Study on Cable Vibration Mitigation with Friction Damper ZHOU Haijun ,SUN Limin ,S HI Chen (S tate Key Laboratory for Dis aster Reduction in Civil Engineering ,Tongji Un iversity ,Shanghai 200092,China ) Abstract :A full -scale free vibration test of stay cable with attached frictio n damper near cable anchor -age w as carried out .The logarithmic decrement of the cable -damper system w as measured .Experi -ment results show that the logarithmic decrement of the cable -damper system can be g reatly increased w hen compared to the free cable .The measured logarithmic decrement varies with cable vibration mode number and am plitude .The maximum attainable log arithmic decrement measured from the ex -periment is the same as the analy tical result ;and the changing trend of logarithmic decrement w ith am -plitude and mode number of cable vibration is also consistent w ith the analy tical results .On the o ther hand ,the frequency difference w as also found between the experimental results and the analy tical re -sults ,which indicates that the analy tical method proposed by w ain should be revised fo r optimum de -sign of strongly nonlinear damper ,such as the friction damper .Key words :full -scale cable ;vibration mitigation ;friction damper ;damping 随着桥梁科学技术的发展和越江跨海工程的建设,超大跨度桥梁不断涌现.我国在继南京长江二桥 (628m )后,已动工兴建了超过千米的斜拉桥,如香港昂船洲大桥(1018m ),苏通大桥(1088m ).桥梁 第34卷第7期2006年7月 同济大学学报(自然科学版) JOURNAL OF T ONGJI UNIVERSIT Y (NAT URAL SCIENCE )Vol .34No .7 Jul .2006
阻尼器 阻尼器 阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器(或减震器)来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，其发展十分迅速。特别是有五十多年历史的液压粘滞阻尼器，在美国被结构工程界接受以前，经历了一个大量实验，严格审查，反复论证，特别是地震考验的漫长过程。 基本概念 大家知道，使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用，我们称之为阻尼。而安置在结构系统上的“特殊”构件可以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置，我们称为阻尼器。 发展过程 ·在航天、航空、军工、机械等行业中广泛应用，几十年成功应用的历史·上世纪80年代开始在美国东西两个地震研究中心等单位作了大量试验研究，发表了几十篇有关论文·90年代，美国国家科学基金会和土木工程学会等单位组织了两次大型联合，由第三者作出的对比试验，给出了权威性的试验报告，供教授和工程师们参考·在肯定以上成果的基础上被几乎各有关机构，规范审查，肯定并规定了应用办法·管理部门通过，带来了上百个结构工程实际应用。这些结构工程，成功地经历了地震、大风等灾害考验，十分成功。 工程结构减震与阻尼器 二十世纪，特别是近二、三十年人们对建筑物的抗振动的能力的提高已经做了巨大的努力，取得了显著的成果。这一成果中最引以为自豪的是“结构的保护系统”。人
们跳出了传统增强梁、柱、墙提高抗振动的能力的观念，结合结构的动力性能，巧妙的避免或减少了地震，风力的破坏。基础隔震（Base Isolation），各种利用阻尼器(Damper) 吸能，耗能系统，高层建筑屋顶上的质量共振阻尼系统（TMD）和主动控制( Active Control)减震体系都是已经走向了工程实际。有的已经成为减少振动不可少的保护措施。特别是对于难于预料的地震，破坏机理还不十分清楚的多维振动，这些结构的保护系统就显得更加重要。这些结构保护系统中争议最少，有益无害的系统要属利用阻尼器来吸收这难予预料的地震能量。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天航空，军工，枪炮，汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等工程中，其发展十分迅速。到二十世纪末，全世界已有近100多个结构工程运用了阻尼器来吸能减震。到2003年，仅Taylor公司就在全世界安装了110个建筑，桥梁或其它结构构筑物。泰勒Taylor公司从1955年起经过长期大量航天、军事工业的考验，第一个实验将这一技术应用到结构工程上，在美国地震研究中心作了大量振动台模型实验，计算机分析，发表了几十篇有关论文。结构用阻尼器的关键是持久耐用，时间和温度变化下稳定，泰勒公司的阻尼器经过了长期考验和各种对比分析，其他公司的产品很难望其向背。美国相应设计规范的制定都是基于泰勒公司阻尼器的产品。其产品技术先进，构造合理可靠，技术的透明度高，而且可以按设计者的要求制造适合各种用途的阻尼器。每个产品出厂前都经过最严格的测试，给出滞回曲线。泰勒Taylor 公司从世界上130多个工程，32座桥梁的实际应用中，积累了大量的实际经验。 阻尼器分类 Damper：用于减振；Snubber：用于防震，低速时允许移动，在速度或加速度超过相应的值时闭锁，形成刚性支撑。阻尼器只是一个构件.使用在不同地方或不同工作环境就有不同的阻尼作用.Damper：用于减振;Snubber：用于防震，低速时允许移动，在速度或加速度超过相应的值时闭锁，形成刚性支撑。目前各种应用中有:弹簧阻尼器,液压阻尼器,脉冲阻尼器,旋转阻尼器,风阻尼器,粘滞阻尼器等 可控被动式电磁阻尼器的原理