为了实现分级屈服耗能目标,同时又可以兼顾消能器的变形能力和抗疲劳性能,提出了一种由两个不同尺寸的环形金属消能器套在一起形成的分级屈服型金属消能器,通过调整内外消能器的尺寸参数来达到分级屈服耗能的目标。通过对该分级屈服型金属消能器进行理论分析、试验研究、数值模拟、参数分析以及案例分析,得到以下主要结论:(1)通过对环形金属消能器进行理论分析,分别给出了全截面屈服承载力、初始刚度、等效屈服位移等力学性能指标。从理论上验证了本文提出的消能器分阶段屈服的可行性。(2)通过低周往复加载试验对5个环形金属消能器和2个分级屈服型金属消能器进行了力学性能试验研究,全面研究了两种消能器的抗震性能。得到了 7个试验试件的滞回曲线、骨架曲线、强度退化与刚度退化曲线、等效黏滞阻尼系数曲线、疲劳测试曲线等性能曲线,并验证了理论分析的正确性。试验表明:环形金属消能器能够实现多截面屈服,强度退化小,具有强大的变形能力、稳定饱满的滞回环和优良的抗疲劳性能;分级屈服型金属消能器继承了环形金属消能器的优良性能,该消能器不仅可以实现分级屈服耗能,而且可以确保罕遇地震下内环不失效,与外环同时耗能。(3)通过有限元软件ABAQUS对分级屈服型金属消能器进行了精确模拟,并进行了参数化分析,对以前的初始刚度计算公式进行了修正,采用最小二乘法回归拟合得到环形金属阻尼器的初始刚度的修正系数f(S),最后分别建立了环形金属消能器和分级屈服型金属消能器的恢复力模型,其中采用Ramberg-Osgood模型作为单个环形金属消能器的恢复力模型,采用三折线随动强化模型作为分级屈服型金属消能器的恢复力模型,并分别给出了两个模型中每个参数的计算公式,与试验结果的对比结果验证了两个恢复力模型的可靠度。(4)提出了切实可行的装有分级屈服型金属消能器的结构的设计方法,通过盈建科(YJK)设计软件和SAP2000有限元软件对装有分级屈服型金属消能器的混凝土框架结构进行了振型分解反应谱法分析、动力时程响应分析以及罕遇地震下的弹塑性分析。结果表明:分级屈服型金属消能器可以实现分级屈服的目标,减震效果良好。