摩擦耗能原理有多种用途,现代建筑结构中,用其对结构进行减震控制。在结构的某些关键部位(例如节点、支撑、剪力墙等)设置摩擦阻尼器,则地震输入结构中的能量可由阻尼器产生的摩擦滞回变形耗散,以此减小主体结构的地震反应,避免结构在地震作用下产生破坏或倒塌,对人的生命财产安全造成危害。纵观国内外对摩擦阻尼器的研究可知,摩擦阻尼器是一种有效的结构消能减震装置,摩擦阻尼器的形式类别也丰富多样,例如Pall摩擦阻尼器、向心式摩擦阻尼器、转动型摩擦阻尼器等。转动型摩擦阻尼器作为一种新型摩擦阻尼器,其连接方式简单多变,可根据建筑需求变换阻尼器形式,造价简单,摩擦力稳定。但目前国内对转动型摩擦阻尼器的研究较少,对转动型摩擦阻尼器的滞回性能研究尚不够深入,以致转动型摩擦阻尼器难以推广应用。本文主要对转动型摩擦阻尼器进行试验研究及有限元数值模拟分析,研究内容包括:(1)改变转动型摩擦阻尼器摩擦材料、高强螺栓预紧力及单元个数,设计了6个转动型摩擦阻尼器试件,对试件进行静力反复加载,分析了各个试件的试验现象,研究了摩擦材料、高强螺栓预紧力和单元个数参数改变下转动型摩擦阻尼器的滞回性能。试验结果表明:○1不同摩擦材料的摩擦现象不同:无石棉有机物摩擦材料主要表现为吸附现象,铝镁合金、铜锌合金摩擦材料主要表现为犁沟现象及应力硬化现象;○2各试件滞回曲线呈矩形且较为饱满,表现出良好的耗能能力及理想的“刚塑性”性能。其中无石棉有机物摩擦力较为稳定,铝镁合金、铜锌合金阻尼器摩擦力离散性较大;3种摩擦材料中,铝镁合金摩擦力最大,其次是铜锌合金,无石棉有机物摩擦力最小;○3转动型摩擦阻尼器高强螺栓预紧力的损失与阻尼器初始高强螺栓预紧力的大小及摩擦材料相关;○4转动型摩擦阻尼器耗能能力:铝镁合金优于铜锌合金、无石棉有机物;○5无石棉有机物的摩擦系数稳定性优异,在0.15左右,铝镁合金材料的平均摩擦系数略高于铜锌合金材料,两者摩擦系数均大于0.3。(2)基于ABAQUS有限元软件,按照试验标准尺寸1:1建立了对应6个试件的有限元模型,通过对试验结果和有限元分析结果比较后发现:○1有限元模型应力主要分布在钢板与摩擦片接触区域,钢板沿长度方向有部分应力扩散现象;6个有限元模型的最大应力值均远小于材料屈服强度设计值,表明有限元模型处于弹性状态,与试验中试件无明显塑性变形现象基本一致,表明有限元分析得到的应力分布形式与试验相吻合;○2有限元模型与试验滞回曲线吻合良好,有限元模型可较好反映转动型摩擦阻尼器滞回性能。同时试验结果也验证该有限元模型具有可靠性。(3)基于经试验验证后的有限元模型,对转动型摩擦阻尼器进行参数优化,共建立了17个有限元模型,将17个有限元模型分为3组,分别考虑转动型摩擦阻尼器臂长、初始角度、高强螺栓预紧力对其性能的影响;通过变换转动型摩擦阻尼器构成部件的数量及拼接方式,建立2个变形式转动型摩擦阻尼器的有限元模型,比较3种不同形式转动型摩擦阻尼器的性能特点。结果表明:○1增大臂长会降低阻尼器的摩擦力及耗能能力,但能提高阻尼器转动过程中摩擦力的稳定性。转动型摩擦阻尼器初始夹角设定为90°时,建议阻尼器臂长设为200mm～250mm;○2增大阻尼器初始角度,可提高转动型摩擦阻尼器摩擦力及耗能能力,为了使转动型摩擦阻尼器具有一定耗能能力且摩擦力稳定性在可控范围内,建议转动型摩擦阻尼器初始角度设置在60°～100°;○3对比3种不同形式的转动型摩擦阻尼器可知,“互”型转动摩擦阻尼器滞回性能最好,其次是菱型转动摩擦阻尼器、L型转动摩擦阻尼器。