消能减震技术是工程结构抗震被动控制的一种方式,在结构中设置摩擦型阻尼器是达到消减地震反应的一种有效手段,它具有耗能效果明显,制作加工方便,经济环保的优点,近来受到国内外学者的广泛关注。近三十年来,国内外学者对各种摩擦阻尼器的试验、理论分析和设计控制进行了大量研究,对于Pall型摩擦阻尼器、滑动型长孔螺栓摩擦阻尼器以及转动型摩擦阻尼器,国外已经开展了大量的研究并且进入了工业化生产和应用的阶段,我国在摩擦阻尼器的领域仍然处于学术研究的阶段,尤其是转动型摩擦阻尼器,国内还处于数值模拟阶段和理论探讨阶段。本文主要围绕转动型摩擦阻尼器及摩擦耗能支撑结构的抗震性能展开理论分析、试验研究和有限元模拟,主要研究内容及结论如下:(1)通过库仑摩擦公式推导了L型、菱型和“互”型转动摩擦阻尼器的转动摩擦力公式,并且对影响转动摩擦力的阻尼器尺寸、摩擦片尺寸、初始夹角等因素进行了分析。根据结构力学和小变形理论相关知识,对附加转动型摩擦阻尼器的单自由度框架进行理论分析,求得了空框架与消能减震框架的恢复力模型。结果表明:(1)L型、菱型和“互”型转动摩擦阻尼器的转动摩擦力之比为1:2:2.8;(2)“互”型转动摩擦阻尼器的滞回曲线最为稳定,不稳定系数仅为1.02;(3)对于L型阻尼器,随着阻尼器臂长的增加,摩擦力呈现逐渐减小的趋势,臂长越大,减小的幅度越小;(4)初始夹角增大,摩擦力出现明显增加,但是也会带来摩擦力的不稳定性;(5)内径和外径的增加都会提高摩擦阻尼器的转动摩擦力,但是对于摩擦力的提高效果不明显。(2)为研究不同摩擦材料和螺栓预紧力下转动型摩擦阻尼器的力学性能和稳定性,采用3种不同摩擦材料,设计9个转动型摩擦阻尼器试件,进行了低周往复试验研究,对比分析了3种不同摩擦材料的转动摩擦机理、滞回性能、摩擦力、螺栓预紧力。对转动型摩擦阻尼器受力机理进行了理论分析,得到转动型摩擦阻尼器的摩擦力理论计算公式,使用刚塑性模型对阻尼器的恢复力模型进行了拟合。研究结果表明:(1)铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦效应由犁沟效应和粘着效应共同作用,无石棉有机物摩擦材料以粘着效应为主;(2)阻尼器滞回曲线饱满,接近矩形,表现出良好的耗能能力;(3)铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦力呈现逐渐增加的趋势,无石棉有机物摩擦材料摩擦力表现下降的趋势;(4)铝镁合金摩擦材料的螺栓预紧力比较稳定;(5)摩擦力理论计算公式与试验结果取得较好的一致性,可以用于阻尼器设计与分析;(6)刚塑性模型对铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的阻尼器恢复力模型适用性较高。(3)使用Abaqus有限元软件对带有转动型摩擦阻尼器钢框架进行了模拟,对不同截面形式的支撑分别采用桁架单元和梁单元进行模拟,与理论分析结果进行了对比,验证了模型的有效性,在此基础上建立了21个变参数有限元模型,研究了带有转动型摩擦阻尼器钢框架的承载力、初始刚度和屈服位移。研究结果表明:(1)Abaqus有限元模型无阻尼器钢框架水平刚度有限元与理论值误差为5.65%;(2)梁单元与桁架单元模拟摩擦耗能支撑所得结果基本一致,与理论值约有24%～28%的差值;(3)采用AXIAL连接属性模拟的转动摩擦阻尼器可以达到设计值之后发生转动;(4)带有摩擦阻尼器的耗能减震结构初始刚度仅与支撑截面面积有关,截面积越大,初始刚度越大;(5)不同转动摩擦力的摩擦耗能支撑对结构承载力均有提高作用,提高幅度与摩擦力大小呈线性,与支撑截面积无关;(6)摩擦耗能支撑屈服位移和屈服荷载由支撑截面积与转动摩擦力共同决定。