金属阻尼器作为结构中常用的耗能装置,由于其耗能机理明确、性能稳定、制作加工方便等特点,在建筑结构减震领域应用广泛。近年来,国内外学者研发了各种类型的金属阻尼器,但大多耗能形式比较单一,无法实现分阶段耗能的目的。本文通过将耗能钢板截面进行优化,提出一种分阶段耗能金属阻尼器,并通过理论分析、试验研究和有限元模拟,研究了其承载力、变形能力和耗能能力等,揭示了耗能机理,建立了分阶段屈服耗能金属阻尼器的设计方法,主要内容和结论如下:为提高阻尼器的变形能力,对阻尼器耗能钢板沿高度方向的截面进行哑铃形优化,并给出单肢耗能板屈服荷载、屈服位移和刚度的理论计算公式,通过合理设计耗能板的截面尺寸和使用不同类型的钢材,从理论上说明分阶段耗能目标的可行性。基于对单肢耗能板的理论分析,设计制作了3个单板阻尼器模型和4个分阶段耗能阻尼器模型,主要研究参数为耗能板的截面形式、高度和厚度以及组合方式。通过拟静力试验,研究了阻尼器的抗震性能,得到了7个试件的滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼系数、刚度退化和强度退化等,并和理论计算结果进行对比分析。结果表明:截面优化后的耗能板可以实现沿截面高度方向的多点屈服,且采用十字型耗能板可显著提高阻尼器的耗能能力和变形能力;分阶段耗能金属阻尼器继承了单板阻尼器模型的优点,能够实现分阶段耗能的目的,且在大震作用下,内外侧耗能板可以协同工作,共同发挥耗能作用。利用有限元软件ABAQUS建立了分阶段耗能金属阻尼器的数值模型,并将模拟结果和试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。在此基础上,对11个金属阻尼器的有限元模型进行低周往复加载,从应力发展历程上验证了分阶段耗能的有效性,并分析了屈服承载力占比、耗能板厚度和高度对阻尼器抗震性能的影响。建议分阶段耗能阻尼器的屈服承载力占比取0.5,双哑铃型和十字型阻尼器的厚度分别取12mm和8mm。基于试验研究和有限元分析,设计了60个不同尺寸参数的单板阻尼器模型,通过分析其屈服荷载、屈服位移和初始刚度,给出关键力学性能点理论公式的修正系数。提出分阶段耗能金属阻尼器简化的三折线恢复力模型,给出恢复力模型性能点的计算公式,并将恢复力模型的计算结果和试验结果进行对比,证明了恢复力模型的准确性,并以RCS混合框架为例,提出分阶段耗能金属阻尼器的设计方法。