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摘要：自2008年四川汶川地震以来，我国陆续发生了几次破坏力较强的地震，给人民群众生命财产安全造成了极大的损失，尤其是在近期的云南鲁甸6.5级地震发生之后，给整个建筑领域带来了极大的冲击，如何解决框架结构的抗震性问题亟待解决。本文就结合扇形铅粘弹性阻尼器的设计及数值仿真分析进行相关的阐述。
关键词：扇形铅粘弹性阻尼器；设计；仿真数值分析；原理；抗震
中图分类号：C35文献标识码： A
1.概述
自2008年以来，我国已经陆续发生了几次破坏力较强大地震，这些地震都有其不同的特点，有的地震震级强，有的地震波及范围广，尤其以此次云南鲁甸6.5级地震，虽然地震震级并不强，而且地震波及范围也并不广泛，但是破坏力却很强，给人民群众造成的严重的生命财产安全损失却是巨大的，究其原因，主要是以建筑物框架结构的抗震问题处理不当。利用耗能减震技术研发出来的阻尼器设备，是有效缓解地震波对框架结构造成的冲击的一个典型解决方案，经过数据分析显示，这种设备的实际可操作性已经很成熟。
2.扇形铅粘弹性阻尼器的设计
2.1 阻尼器的原理
扇形铅粘弹性阻尼器，其工作原理是将突发性的、冲击力较强的地震波，通过原本已经增强的结构的阻尼、耗散的结构能量，以达到减小结构地震冲击反应的目的。也就是说，目前的框架性结构建筑，在抗震上，已经跳出了“以增强建筑结构强度来抗震”的“以硬碰硬”原理，采用阻尼器等“以柔克刚”的方法，多措并举的对建筑结构自身的动力性能进行对地震冲击波的缓冲。这种工作原理充分地考虑到了地震波的瞬间作用力和余震造成的持续性作用力效果，对于剪力墙那种增加强度的抗震效果比起来，阻尼器在缓冲地震波冲击过程中的后续效果十分明显。
2.2 阻尼器的构造
扇形铅粘弹性阻尼器，其外观看起来虽然十分简单，但是其内部构造却极具专业性和技术性，铅粘弹性阻尼器目前已经获得了国家的相应专利，是一款完全拥有自主知识产权的建筑抗震辅助型设备。一般由缸筒、活塞、阻尼通道、阻尼介质（粘滞流体）和导杆等部分组成。当工程结构因振动而发生变形时，安装在结构中的粘滞阻尼器的活塞与缸筒之间发生相对运动，由于活塞前后的压力差使粘滞流体从阻尼通道中通过，从而产生阻尼力耗散外界输入结构的振动能量，达到减轻结构振动响应的目的。从目前已知的情况来看，阻尼器的这种构造基本上能满足建筑物的抗震需求。
2.3 阻尼器的特点
扇形铅粘弹性阻尼器，由于其独特的构造，使其具备了外形简洁，结构对称、紧凑，安装便捷，安装空间小的特点，而且在实际工作中，摩擦阻力小，一般低于額定载荷的1%~2%，在安装过程中，阻尼器两端可安装关节轴承，利于施工安装和工作时的摆动（允许工作摆角±5°），阻尼器的长度设计了±25mm的调节量，方便现场的安装，一旦出现强地震波，能大幅度消耗耗能效率，最大幅值甚至可以达到90%，在使用过程中液压介质使用稳定、抗燃、耐老化的硅油；密封件使用与介质相容性好的橡胶材料。
2.4 阻尼器的使用
虽然阻尼器的研究时间较短，但是其从其使用效果上来看，在抗震减灾过程中所起到的作用确实是很大，所以在实际应用过程中推广的速度也很快，尤其是现在随着经济发展的加速，城市化建设的不断推进和土地集约化使用的加强，高层和超高层建筑中，阻尼器的使用已经相对较为普及了。并且，在一些跨度较大、梁结构面较宽的一般性低层建筑中，阻尼器也正在发挥着其显著的效果，尤其是以火车站、飞机航站楼等一些建筑设计特点较为明显的建筑物中，阻尼器的使用显得尤为突出。
2.5 阻尼器在使用中注意的问题
扇形铅粘弹性阻尼器，其实是和剪力墙用两种完全不同的方式对建筑物采取减震抗灾的作用的，阻尼器的最大特点就是确保结构性质在地震冲击波作用下保持不变或者基本不变，这也就使得阻尼器在使用过程中需要有其独立的建筑面积，对建筑物自身的实际利用面积造成了一定的影响，所以，在论证其实际使用效果的时候，必须着重考虑建筑物的总建筑面积和实际使用空间比例，这是制约阻尼器在建筑物中实际利用的一个瓶颈问题。
3.扇形铅粘弹性阻尼器的数值仿真分析
3.1 阻尼器参数确定方法
阻尼器的参数包括最大移位、最大剪力和阻尼比等在地震波冲击下产生变化最大的几个实际数值，从建筑物实际效果来看，以最大位移的参数大小来确定阻尼器的实际使用效果是否最好是最为明显的，因为地震的冲击力在瞬间爆发的时候其地震波效果是十分剧烈的，虽然持续时间并不长，短的也就几十秒，长的也不过一两分钟，但是造成的实际损伤强度确实是很大的，尤其是在高层和超高层建筑物中，感觉较为明显，其实这就是位移造成的，如果能有效缓解这种位移的话，基本上就达到了阻尼器的效果了，也起到了建筑物抗震的作用了。
3.2 阻尼器的试验结果分析
Bouc-Wen模型是由Bouc在1967年提出来的，其后，Wen等学者改进了该模型，所以，就定义为Bouc-Wen模型 。该模型能体现各种阻尼器的 非线性滞回特性，阻尼器的恢复力和变形与一个具有不确定参数的非线性微分方程联系，通过合理地选择参数，可以得到大量不同形状的滞回曲线，以模拟不同类型、性能阻尼器的非线性特性。
为了检验Bouc-Wen模型模拟铅粘弹性阻尼器的效果，采用Matlab软件编制模拟复合型铅粘弹性阻尼器的Bouc-Wen模型程序，滞回曲线控制参数0.4α=、0.4β=−，A值采用线性回归的方法得出了与加载位移幅有关的指数函数，系数γ由实验数据分析得出，其值为0.253，模拟出的滞回曲线中可以看出，采用Bouc-Wen模型数值模拟的滞回曲线与试验滞回曲线在加载位移小于25mm时吻合得较好，当加载位移超过这个值时，卸载过程中模拟出的滞回曲线与试验所得的曲线有一定的误差，产生这一现象的原因是在试验加载位移过大时，压剪试验机输入大的水平推力时（试验时竖向压力为0)，试验机台座的水平巩针支撑的滑板会出现翘动(机器发出大的响声），从而导致试验输入的数据和输出采集的数值会有所波动。
粘弹性阻尼器采用双线性模型分析时，可分解为铅阻尼器和粘弹性阻尼器模型的叠加，如图 7所示。对于双线性模型在正向加载的骨架曲线用两折线代替，卸载刚度不退化。铅粘弹性阻尼器的阻尼力P是由铅的剪切或挤压力LP和粘弹性材料的剪切力VP构成。铅的剪切或挤压力LP与位移无关，而粘弹性材料的剪切力VP与位移近似成正比。
4.扇形铅粘弹性阻尼器的未来发展趋势
结合阻尼器的实际使用效果和特点，根据目前已知的实际效果来看，其发展的前景还是不错的，究其未来发展而言，主要以解决建筑物实际占地问题为核心环节。虽然阻尼器的建筑造价比剪力墙造价要低，但是在建筑物中的建筑占地要比剪力墙多，这就影响了建筑物的实际使用空间，这种隐性成本如果结合在一起的话，其实阻尼器的造价并不一定比剪力墙低多少，而且外观也不美观，如果能解决这一技术性问题的话，那么阻尼器在未来发展中所起到的作用是绝对不能小觑的。
5.结束语
建筑结构的抗震问题，从表面上来看属于建筑学角度问题，但是从实际使用范围来讲，它关乎于人民群众的生命财产安全问题，任何单位和个人都不能对其忽视，要利用一切可能的设备做好建筑物的抗震工作。
参考文献：
[1]. 戴金桥、俞阿龙、王爱民、徐宝国. 一种被动力反馈阻尼器及其模型研究[J]，《传感技术学报》2014年 第4期 484-489：；
[2]. 刘黔会、张挣鑫. 改进的基于MR阻尼器的斜拉索模糊半主动控制有限元模拟[J]，《湖南科技大学学报：自然科学版》2014年 第2期：42-46；
[3]. 戴吉、李春祥. 阻尼器在我国重大工程中的应用与发展[J]，《四川建筑科学研究》2014年 第3期：183-187；
[4]. 徐佳琦、吕西林. 高烈度地震区带软钢阻尼器的框架-核心筒结构抗震性能分析[J]，《中国科技论文》2014年 第5期：512-516。
关键词：扇形铅粘弹性阻尼器；设计；仿真数值分析；原理；抗震
中图分类号：C35文献标识码： A
1.概述
自2008年以来，我国已经陆续发生了几次破坏力较强大地震，这些地震都有其不同的特点，有的地震震级强，有的地震波及范围广，尤其以此次云南鲁甸6.5级地震，虽然地震震级并不强，而且地震波及范围也并不广泛，但是破坏力却很强，给人民群众造成的严重的生命财产安全损失却是巨大的，究其原因，主要是以建筑物框架结构的抗震问题处理不当。利用耗能减震技术研发出来的阻尼器设备，是有效缓解地震波对框架结构造成的冲击的一个典型解决方案，经过数据分析显示，这种设备的实际可操作性已经很成熟。
2.扇形铅粘弹性阻尼器的设计
2.1 阻尼器的原理
扇形铅粘弹性阻尼器，其工作原理是将突发性的、冲击力较强的地震波，通过原本已经增强的结构的阻尼、耗散的结构能量，以达到减小结构地震冲击反应的目的。也就是说，目前的框架性结构建筑，在抗震上，已经跳出了“以增强建筑结构强度来抗震”的“以硬碰硬”原理，采用阻尼器等“以柔克刚”的方法，多措并举的对建筑结构自身的动力性能进行对地震冲击波的缓冲。这种工作原理充分地考虑到了地震波的瞬间作用力和余震造成的持续性作用力效果，对于剪力墙那种增加强度的抗震效果比起来，阻尼器在缓冲地震波冲击过程中的后续效果十分明显。
2.2 阻尼器的构造
扇形铅粘弹性阻尼器，其外观看起来虽然十分简单，但是其内部构造却极具专业性和技术性，铅粘弹性阻尼器目前已经获得了国家的相应专利，是一款完全拥有自主知识产权的建筑抗震辅助型设备。一般由缸筒、活塞、阻尼通道、阻尼介质（粘滞流体）和导杆等部分组成。当工程结构因振动而发生变形时，安装在结构中的粘滞阻尼器的活塞与缸筒之间发生相对运动，由于活塞前后的压力差使粘滞流体从阻尼通道中通过，从而产生阻尼力耗散外界输入结构的振动能量，达到减轻结构振动响应的目的。从目前已知的情况来看，阻尼器的这种构造基本上能满足建筑物的抗震需求。
2.3 阻尼器的特点
扇形铅粘弹性阻尼器，由于其独特的构造，使其具备了外形简洁，结构对称、紧凑，安装便捷，安装空间小的特点，而且在实际工作中，摩擦阻力小，一般低于額定载荷的1%~2%，在安装过程中，阻尼器两端可安装关节轴承，利于施工安装和工作时的摆动（允许工作摆角±5°），阻尼器的长度设计了±25mm的调节量，方便现场的安装，一旦出现强地震波，能大幅度消耗耗能效率，最大幅值甚至可以达到90%，在使用过程中液压介质使用稳定、抗燃、耐老化的硅油；密封件使用与介质相容性好的橡胶材料。
2.4 阻尼器的使用
虽然阻尼器的研究时间较短，但是其从其使用效果上来看，在抗震减灾过程中所起到的作用确实是很大，所以在实际应用过程中推广的速度也很快，尤其是现在随着经济发展的加速，城市化建设的不断推进和土地集约化使用的加强，高层和超高层建筑中，阻尼器的使用已经相对较为普及了。并且，在一些跨度较大、梁结构面较宽的一般性低层建筑中，阻尼器也正在发挥着其显著的效果，尤其是以火车站、飞机航站楼等一些建筑设计特点较为明显的建筑物中，阻尼器的使用显得尤为突出。
2.5 阻尼器在使用中注意的问题
扇形铅粘弹性阻尼器，其实是和剪力墙用两种完全不同的方式对建筑物采取减震抗灾的作用的，阻尼器的最大特点就是确保结构性质在地震冲击波作用下保持不变或者基本不变，这也就使得阻尼器在使用过程中需要有其独立的建筑面积，对建筑物自身的实际利用面积造成了一定的影响，所以，在论证其实际使用效果的时候，必须着重考虑建筑物的总建筑面积和实际使用空间比例，这是制约阻尼器在建筑物中实际利用的一个瓶颈问题。
3.扇形铅粘弹性阻尼器的数值仿真分析
3.1 阻尼器参数确定方法
阻尼器的参数包括最大移位、最大剪力和阻尼比等在地震波冲击下产生变化最大的几个实际数值，从建筑物实际效果来看，以最大位移的参数大小来确定阻尼器的实际使用效果是否最好是最为明显的，因为地震的冲击力在瞬间爆发的时候其地震波效果是十分剧烈的，虽然持续时间并不长，短的也就几十秒，长的也不过一两分钟，但是造成的实际损伤强度确实是很大的，尤其是在高层和超高层建筑物中，感觉较为明显，其实这就是位移造成的，如果能有效缓解这种位移的话，基本上就达到了阻尼器的效果了，也起到了建筑物抗震的作用了。
3.2 阻尼器的试验结果分析
Bouc-Wen模型是由Bouc在1967年提出来的，其后，Wen等学者改进了该模型，所以，就定义为Bouc-Wen模型 。该模型能体现各种阻尼器的 非线性滞回特性，阻尼器的恢复力和变形与一个具有不确定参数的非线性微分方程联系，通过合理地选择参数，可以得到大量不同形状的滞回曲线，以模拟不同类型、性能阻尼器的非线性特性。
为了检验Bouc-Wen模型模拟铅粘弹性阻尼器的效果，采用Matlab软件编制模拟复合型铅粘弹性阻尼器的Bouc-Wen模型程序，滞回曲线控制参数0.4α=、0.4β=−，A值采用线性回归的方法得出了与加载位移幅有关的指数函数，系数γ由实验数据分析得出，其值为0.253，模拟出的滞回曲线中可以看出，采用Bouc-Wen模型数值模拟的滞回曲线与试验滞回曲线在加载位移小于25mm时吻合得较好，当加载位移超过这个值时，卸载过程中模拟出的滞回曲线与试验所得的曲线有一定的误差，产生这一现象的原因是在试验加载位移过大时，压剪试验机输入大的水平推力时（试验时竖向压力为0)，试验机台座的水平巩针支撑的滑板会出现翘动(机器发出大的响声），从而导致试验输入的数据和输出采集的数值会有所波动。
粘弹性阻尼器采用双线性模型分析时，可分解为铅阻尼器和粘弹性阻尼器模型的叠加，如图 7所示。对于双线性模型在正向加载的骨架曲线用两折线代替，卸载刚度不退化。铅粘弹性阻尼器的阻尼力P是由铅的剪切或挤压力LP和粘弹性材料的剪切力VP构成。铅的剪切或挤压力LP与位移无关，而粘弹性材料的剪切力VP与位移近似成正比。
4.扇形铅粘弹性阻尼器的未来发展趋势
结合阻尼器的实际使用效果和特点，根据目前已知的实际效果来看，其发展的前景还是不错的，究其未来发展而言，主要以解决建筑物实际占地问题为核心环节。虽然阻尼器的建筑造价比剪力墙造价要低，但是在建筑物中的建筑占地要比剪力墙多，这就影响了建筑物的实际使用空间，这种隐性成本如果结合在一起的话，其实阻尼器的造价并不一定比剪力墙低多少，而且外观也不美观，如果能解决这一技术性问题的话，那么阻尼器在未来发展中所起到的作用是绝对不能小觑的。
5.结束语
建筑结构的抗震问题，从表面上来看属于建筑学角度问题，但是从实际使用范围来讲，它关乎于人民群众的生命财产安全问题，任何单位和个人都不能对其忽视，要利用一切可能的设备做好建筑物的抗震工作。
参考文献：
[1]. 戴金桥、俞阿龙、王爱民、徐宝国. 一种被动力反馈阻尼器及其模型研究[J]，《传感技术学报》2014年 第4期 484-489：；
[2]. 刘黔会、张挣鑫. 改进的基于MR阻尼器的斜拉索模糊半主动控制有限元模拟[J]，《湖南科技大学学报：自然科学版》2014年 第2期：42-46；
[3]. 戴吉、李春祥. 阻尼器在我国重大工程中的应用与发展[J]，《四川建筑科学研究》2014年 第3期：183-187；
[4]. 徐佳琦、吕西林. 高烈度地震区带软钢阻尼器的框架-核心筒结构抗震性能分析[J]，《中国科技论文》2014年 第5期：512-516。