自复位耗能支撑通常采用形状记忆合金、预应力筋等提供恢复力,而形状记忆合金的热弹性马氏体受温度影响明显,变形后需要加热才能恢复到初始位置,预应力筋弹性变形较小,工程应用受到限制。为此,本文提出一种用组合碟簧提供复位力、永久磁铁产生恒定磁场、充分利用磁流变(Magnetorheological,简称MR)流体的流变性能耗散地震输入能量的自复位阻尼耗能支撑,通过改变碟簧的组合形式满足支撑对刚度、变形、恢复力的设计要求,从而满足结构对层间位移、抗侧刚度的需求。本文对自复位阻尼耗能支撑的抗震性能进行了理论分析和试验研究,建立了能够准确描述支撑滞回特性双Bouc-Wen恢复力模型,主要内容如下:(1)研制一种新型自复位阻尼耗能支撑,对其构造和各受力阶段的性能进行了分析。根据支撑导向轴和内管变形、碟簧双折线模型及MR流体的Bingham模型建立了描述支撑受力性能的分段计算模型。(2)对长为1.5m、库仑阻尼力为200kN的自复位阻尼耗能支撑进行了有限元数值模拟分析,研究了在不同频率、振幅正弦激励、不同碟簧初始预压力、不同碟簧组合刚度下自复位阻尼耗能支撑的滞回特性及耗能能力、等效粘滞阻尼比等抗震参数变化规律。支撑滞回曲线呈饱满旗形,支撑的耗能和恢复力增量与加载振幅增量成正比;随着加载频率增加,同位移下的滞回圈更加饱满,等效粘滞阻尼比随着加载位移的增大稳定减小,表明支撑具备良好的滞回特性和稳定耗能能力。将分段计算模型计算结果与实体单元有限元模拟结果进行了对比,滞回曲线吻合较好,恢复力和耗能最大误差在10%以内,表明分段计算模型可以精确描述支撑的滞回特性,对支撑参数设计提供重要参考。(3)加工组装了长为1.5m的自复位阻尼耗能支撑,对支撑的耗能系统进行了不同频率、振幅正弦激励下试验,试验表明耗能系统的滞回曲线饱满,耗能稳定,阻尼力随着加载频率、振幅的增加而变大,最大粘滞阻尼力占最大阻尼力的40%左右。对不同碟簧初始预压下的自复位阻尼耗能支撑构件进行不同频率、振幅正弦激励下动力试验。支撑滞回曲线呈稳定饱满旗形,碟簧初始预压力大于耗能系统阻尼力时几乎没有残余变形,碟簧预压力与阻尼力相等时,随着加载频率和振幅的增大支撑残余变形逐渐变大,加载结束后,支撑仍可以恢复到平衡位置,表明支撑的复位能力不受粘滞阻尼力增大的影响;碟簧初始预压力小于耗能系统库伦阻尼力时,支撑存在较大的残余变形,最大残余变形占最大变形的45%。支撑的耗能能力随着位移和加载频率的增大呈非线性增加,粘滞耗能占总耗能的40%左右,具有良好的耗能特性和稳定性。(4)为精确模拟支撑在结构非线性分析中的动力特性,对传统Bouc-Wen模型进行了改进,建立了适用于自复位阻尼耗能支撑的恢复力计算模型,并在Simulink环境下对改进的双Bouc-Wen模型进行仿真分析,将仿真结果与支撑有限元模拟分析结果进行了对比,仿真得到的滞回曲线和有限元模拟得到的滞回曲线吻合较好,承载力和耗能误差控制在10%。根据支撑双Bouc-Wen模型得到的滞回曲线与试验滞回曲线进行了对比,两者高度吻合,最大误差为9.8%,平均误差均在5%以内,表明所建立的双Bouc-Wen模型可以准确描述自复位阻尼耗能支撑的滞回特性。(5)基于OpenSees平台,对改进的双Bouc-Wen模型进行二次开发,并对采用自复位阻尼耗能支撑和普通防屈曲支撑的9层Benchmark钢框架结构模型进行了抗震性能对比分析。二次开发后的双Bouc-Wen模型可以很好的描述自复位阻尼耗能支撑旗形滞回特性,在PGA为0.6g的5种地震作用下,与防屈曲支撑结构相比,自复位阻尼耗能支撑结构最大层间位移角均值减小11.54%,与原钢框架结构相比,最大层间位移角均值减小53.3%。此外,自复位阻尼耗能支撑结构残余变形相比原钢框架结构减小了 95%以上,相比防屈曲支撑结构减小了 85%,自复位阻尼耗能支撑具备良好的耗能能力和自恢复性。