双曲型不锈钢管铅阻尼器属于位移相关型阻尼器,塑性耗能由不锈钢管和铅芯两部分提供,塑性耗能随加载位移变化曲线如图3-8所示,不锈钢管为主要的耗能原件,塑性耗能比例大于80%。铅芯为不锈钢管提供支撑作用,防止了不锈钢管过早的发生局部屈服和褶曲,从而保证钢材性能得到充分发挥。

不锈钢管和铅芯塑性耗能比例随加载位移增大的变化过程如图3-9所示。双曲型不锈钢管铅阻尼器的工作状态可主要分为以下两个阶段:(1)无地震作用阶段:不锈钢管和铅芯均处于弹性阶段,还未进入塑性耗能状态,阻尼器为结构提供附加刚度;(2)地震作用阶段:随地震作用增大,阻尼器剪切变形增加,铅芯受到剪切变形挤压作用而首先进入屈服耗能阶段,在小位移下即可进入屈服耗能,此时不锈钢管仍处于弹性状态。加地震作用进一步增大后,不锈钢管和铅芯均进入屈服耗能阶段,且塑性耗能随位移的增大而逐渐增大,为结构提供附加阻尼和附加刚度。

双曲型不锈钢管铅阻尼器具有如下特点:(1)双曲型不锈钢管与铅协同工作,两种耗能结构共同耗能,耗能效率高;(2)耗能减震机理明确,具有各向耗能能力,性能稳定;(3)在小位移下即进入屈服耗能阶段,不锈钢优异的延性性能可使双曲型不锈钢管铅阻尼器具有更大的极限变形能力,延性性能优异;(4)铅置于核心耗能元件与端部连接板内,铅不需要焊接;(5)能有效避免钢管锈蚀或腐蚀可能带来的阻尼器失效等问题,可以实现与建筑主体同周期使用,无需更换,免维护,综合经济效益高;(6)构造简单、加工方便;通过凹型连接端板上的连接孔与建筑结构或支撑结构采用螺栓连接,安装、拆卸方便,布置灵活。

本章采用有限元分析软件ABAQUS,对比了双曲型不锈钢管铅阻尼器和普通双曲型钢管铅阻尼器的力学性能,研究了双曲型不锈钢管铅阻尼器的滞回性能、耗能原理及特点。主要结论如下:

1)双曲型不锈钢管铅阻尼器滞回曲线对称、饱满,在小位移下即进入屈服耗能,具有优异且稳定的耗能能力;

2)当阻尼器的初始屈服强度相等时,双曲型不锈钢管铅阻尼器的初始刚度和等效阻尼比略小于普通双曲型钢管铅阻尼器;但双曲型不锈钢管铅阻尼器在更小的位移下完成屈服强化阶段,进入较稳定的耗能状态并提供更大的稳定屈服承载力,不锈钢材料在滞回加载后期具有更大的极限承载能力;

3)钢管材料类型对该类阻尼器的等效阻尼比随加载位移变化趋势和塑性应变分布模式影响较小。