电磁阻尼器

电磁阻尼器（精选四篇）

电磁阻尼器 篇1

关键词：磁流变阻尼器,半主动控制,性能曲线

0 引言

磁流变阻尼器是以磁流变液为工作介质的一种半主动控制阻尼器,通过对外加磁场强度的控制,可在毫秒级时间内改变流体的流变性能,使其由液态变为半固态,从而实现对阻尼器性能的控制[1]。因此其具有结构简单、能耗低、提供阻尼力大、阻尼力可调范围宽等特点,在航空、机械及土木工程结构的振动控制方面具有很广阔的发展前景[2]。本文通过对美国Lord公司生产的MR阻尼器进行性能试验,得出力—位移的滞回曲线,并通过差分法求出力—速度曲线,以此分析影响阻尼力的各种因素。

1 磁流变阻尼器阻尼的性能试验

1.1 阻尼力特性曲线

本文试验的对象是美国Lord公司生产的磁流变阻尼器,活塞杆行程为53 mm,最大输入电压为12 V,最大电流可达2 A。

试验设备采用英国Instron公司生产的Instron1341电液伺服材料试验机,采用直流稳压电源作为电流源。由试验机驱动磁流变阻尼器活塞杆相对于缸体以一定的频率和振幅做简谐运动。在不同的频率、振幅和电流组合下,进行大量的试验。

由不同电流下磁流变阻尼器的阻尼力—位移和阻尼力—速度曲线可看出,当电流较小时,阻尼力—位移的滞回曲线基本上为矩形;随着电流的增强,最大阻尼力也随之增大,并可近似看成是由摩擦力和粘滞力共同产生。输入的电流为0 A时阻尼力约为160 N,输入1.0 A时的阻尼力约为1 500 N,而且此时磁流变液还未达到磁饱和状态,因此其可调倍数大于9.4。由此可见此磁流变阻尼器的阻尼力可调范围较大。在反向加载的区域内出现了凹陷现象,其原因是阻尼器中存在着空气,反向加载时先是压缩空气,当空气达到一定压强时才压缩磁流变液。

由不同振幅下的阻尼力—位移曲线可以看出,随着激励振幅的增加阻尼力也不断增加,这是因为振幅的增加导致阻尼器粘滞阻尼力的增加。由阻尼力—速度曲线可以发现,随着振幅的增大,屈服力并没有什么变化,这意味着屈服力与激励振幅是无联系的,也可以看出明显的非线性迟滞现象,随着振幅的增大,迟滞现象也越明显。

由不同振幅下的阻尼力—位移曲线可看出,随着激励频率的增加阻尼力也不断增加,这是频率的增加导致活塞杆的运动速度增加所致。由阻尼力—速度曲线可发现明显的非线性迟滞现象,随着频率的增大,迟滞现象也越发明显。

1.2 阻尼器的耗能能力

图1～图3给出了阻尼器耗能、阻尼系数与电流、振幅和频率的关系。

从图1～图3中可以看出,在相同振幅的情况下,阻尼器的耗能和等效阻尼系数都随电流的增大而增加,且成逐渐饱和的趋势。在相同电流的情况下,阻尼器的耗能随振幅的增大而增加,且基本上为线性关系,等效阻尼系数随振幅的增大而减小,因其与振幅的平方成反比。在固定电流的情况下,阻尼器的耗能随频率的增大而增加,且在低频时增加比高频时大,等效阻尼系数随频率的增大下降的较快,且在高频时很小。

2 结语

1)磁流变阻尼器的阻尼特性表现为非线性滞回特性,滞回环丰满,说明该阻尼器的耗能性能较好。在加载频率为0.5 Hz、振幅为10 mm的条件下,当电流为1.0 A和0.0 A时阻尼器最大阻尼力之比为9.4,而且此时阻尼力还未达饱和,由此可以说明阻尼力具有很好的可调性。在外部激励振幅保持不变的情况下,磁流变阻尼器的最大输出力随频率的增大而增大,表明阻尼器阻尼力的大小与活塞运动的速度有关,是明显的速度相关型。

2)磁流变阻尼器的活塞运动速度与输出阻尼力的曲线为S形状,但是由于阻尼器内存在空气,使得在反向加载区域内出现速度骤变的现象。在低速区,阻尼器的阻尼力—速度曲线明显表现出屈服前的非线性滞回特性;在高速区,阻尼力—速度曲线近似为线性。

参考文献

[1]翁建生,胡海岩.磁流变阻尼器的实验建模[J].振动工程学报,2000,13(4):616-620.

探究电磁阻尼现象实验组和教具 篇2

为帮助学生理解、掌握电磁感应的相关知识，我萌生了自制教学仪器的想法。透过仪器分析这些生动有趣的现象，学生能将电磁感应、楞次定律、电磁阻尼这三方面的内容紧密地结合在一起思考，这对锻炼学生的物理思维能力、拓宽学生视野等有很大作用。

一、教具制作

本组合教具包括以下三种常见的电磁阻尼现象实验装置，制作与演示方法如下：

（一）涡流制动

1.材料：“蹄形强磁铁”（由两片长方形强磁体、U型铁块组成）、铝盘（带支持架）。

2.演示方法：如图1所示，拨动铝盘，使铝盘高速转动，让“蹄形强磁铁”靠近铝盘，铝盘在磁体两极之间的磁场中转动。可以看出，加入磁场后，铝盘转动速率明显减小，很快就停下来。

3.原理：铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动，会在铝盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生动态阻尼力，从而提供制动力矩，使铝盘迅速停下来。

4.制作要点：实验用的铝盘、连接铝盘的安放架及U型铁块，都是从废旧电能表上拆下来的。

根据电磁感应公式ε= n（ΔΦ/Δt），要产生更大的动态阻尼力，要求磁场足够大。所以需使用强磁体，以增强实验效果。

另外，局部磁场的强弱还与磁体形状有关，同时靠近两个磁极，比只能利用一个磁极的磁场要强得多，这也是制作“蹄形强磁铁”的原因。

（二）电磁阻尼管

1.材料：空心不锈钢管、圆柱形强磁铁若干、竹子段若干（作为填充物）、两个铜环（其中一个有缺口）。

2.构造：如图2所示，将强磁铁与填充物间隔着塞满空心不锈钢管。钢管下端安装底座，铜环用粗铜线绕成，以刚好穿过不锈钢管为宜，其中一个铜环两端要焊接在一起，另一个保留缺口。

3.演示方法：将两个铜环放入不锈钢管口，闭合的在上，有缺口的在下，使两个线圈沿管壁下落，闭合的铜环从不锈钢管上缓慢下落，有缺口的线圈则以近似自由落体的方式正常下落。

4.原理：闭合导体穿过磁极时切割磁感线，产生感应电流，导体受到总是阻碍相对运动的安培力的作用，所以闭合铜环的下降速度较慢。而开口铜环没有感应电流，不受安培力，按照近似自由落体的规律下落。

5.制作要点：管内磁铁与填充物应间隔均匀分布，而不能只用磁铁装满或将磁铁集中在一起。如果磁铁都集中在一起，就相当于一块很长的条形磁铁，虽然两极磁感线较密集，但中部的磁感线近似与磁铁自身平行，铜环通过这段时，磁通量变化极小，不减速，实验效果差。

铜环质量均匀，而且不能太小。质量均匀下落时才能平衡。铜环质量太小，摩擦力减速的作用本身就已很明显，安培力的作用不易分辨。

（三）电磁阻尼摆

1.材料：圆形厚铝片两块（可用旧版一角硬币代替）、圆柱形强磁铁、支架、线。

2.构造：如图3所示，将圆形铝片中心穿孔，挂在支架两侧，注意使两侧铝片处于同一高度，在其中一侧安放磁铁，磁场对准铝片。

3.演示方法：将两侧铝片拉升到同一高度，同时释放，可以看到，经过磁场一侧的摆的摆动幅度会有明显衰减，先于另一侧停下来。

4.实验原理：有磁场一侧的铝片通过磁场时，铝片的磁通量发生变化，产生感应电流，机械能转化为热能，先停下来。

5.制作要点：摆片材料所含铁杂质要足够低，且质量不能太大；磁场范围的大小应与摆片大小相当。

二、创新性

1.针对性强，效果明显。

2.成本低廉，构造简易。

双弧形钢阻尼器试验研究 篇3

自1972年Kelly等人[1]首先研制出一种金属阻尼器以来, 国内外研究者经过几十年的研究, 已经设计出多种不同形状的金属阻尼器[2,3,4,5,6,7,8]。近年来, 在实际桥梁工程中, 我国工程技术人员成功开发并使用了E型、C型和非线性辐阻尼器[9,10,11]等形式的钢阻尼器, 取得了非常好的社会和经济效益。

本文利用低合金高强度钢设计了一种双弧形桥梁防落梁钢阻尼器, 为了研究该型阻尼器对桥梁横向位移的影响, 本文通过试验实测的方式对该装置的水平耗能性能进行了研究。

2 试验装置与测试原理

本文双弧形钢阻尼器样品试验在株洲时代新材料科技股份有限公司ZYDL-YJ10000压剪试验机上完成 (见图1) , 该试验机具备竖向和水平双向加载功能。

在双弧形钢阻尼器的试验过程中, 上加载头 (1) 根据整套试验装置的实际高度进行锁定, 液压加载系统 (8) 通过水平推力杆 (7) 以伸缩的方式推拉下滑动板 (5) 使双弧形V形架下端产生水平位移以模拟装置在地震等强烈作用下产生的水平位移, 其中下滑动板 (5) 通过滚轮 (6) 在下机架上滚动。

3 试验结果与分析

根据文献[12]可知, 金属材料在低周疲劳变形时, 其应力应变曲线形成的滞回环只有在经历一定的循环圈数后才会达到稳定, 这一点也反映于相关行业标准[13]中, 该标准对弹塑性钢耗能元件的试验规定了多级递进加载的方式, 所以对于双弧形防落梁装置这种同样是利用材料的弹塑性变形来耗散外界输入能量的阻尼装置, 也需要对其进行标准位移加载之前对装置进行位移量小于标准位移的多级递进加载试验。

作为对双弧形钢阻尼器构型的初步探讨, 同时考虑到试验机的具体性能, 本文设计了一种标准最大位移为40 mm的小位移试验样品。按照多级加载的要求, 在进行位移幅值为40 mm的标准位移试验前分别进行了幅值为10 mm和20 mm的预加载。试验中水平位移采用三角波形式施加, 下滑板运动速度均为1 mm/s, 每级10个循环, 标准位移变形加载时位移变化曲线如图2所示。

多级递进加载获得的滞回曲线如图3所示, 可以看出, 各级加载所获得的滞回曲线均保持了较好的重合性, 表明在各位移下装置的性能是稳定的;随着装置水平位移的不断增大, 滞回曲线逐渐饱满起来, 产生这种现象的原因是因为在位移较小时, 装置中的材料只在较小的区域发生了塑性变形, 于是所能消耗的能量有限, 形成滞回曲线呈狭长状;随着位移的增大, 防落梁V形架的弧形下支发生塑性变形的区域得到发展[13], 材料在变形过程中所产生的塑性功能增多, 对输入能量的耗散能力增强。

考虑到在使用过程中该型阻尼器受到强烈地震等因素可能造成的实际位移大于设计位移的情况, 依据标准[14]的要求进行了1.2倍标准位移的超载试验。在此次试验中, 不需要采用多级递进加载的方式, 而是直接将幅值为48 mm, 速度1 mm/s的位移三角波加在下滑板上, 总循环次数仍然为10次。由图4的滞回曲线可以看出, 在此条件下, 装置仍然保有了较好的稳定性和耗能效率。

为了研究在极端恶劣环境下装置性能的稳定性, 我们对另两组装置进行了20次标准位移的疲劳试验, 在此过程中, 加载速度也由原来的1 mm/s增加到8 mm/s, 位移加载曲线如图5a) 所示。图5b) 给出了试验所获得的滞回曲线, 可见, 在此速度下装置仍保持了较好的稳定性, 但是各周期变形间的离散程度较低速时大, 这主要源于在加载的过程中仅通过螺栓的固定造成装置的上下底板组件间发生了相对滑动, 其中编号为12号的阻尼器在试验前, 在安装螺栓后位于下滑动板上可用的T型槽中插入了T型定位销以增强对装置的固定作用, 而在进行8号试验前, 进行了加固, 结果8号试件数据中的离散较之12号减小。这也与在试验过程所观察到的在相对高速加载下, 下滑动板运动到背离液压加载系统的一侧时会发生一定幅度的翘起有关, 且此时下滑台的移动速度为8 mm/s, 而此试验机最大加载速度为10 mm/s, 试验机液压加载系统的工作稳定性也受到了影响。

由于一般钢材的力学性能均具有较强的应变率相关性, 为探究以上两种加载速度下装置耗能性能的差异, 图6给出了40 mm幅值下不同加载速度时装置的滞回曲线, 由图可知, 该装置的滞回曲线不会随着加载速度的变化产生显著的变化, 表明在上述两种加载速度之间装置耗能能力与加载速度无关, 材料的应变率相关性对装置整体耗能的影响不明显。

4 结语

通过对一种设计最大位移为40 mm的双弧形钢阻尼器进行试验测试, 获得了装置在不同工况下的滞回曲线, 由获取的曲线可知:

1) 该型装置具备一定的水平耗能作用, 能对地震等作用下桥梁的落梁风险起到减小作用;

电磁阻尼器 篇4

摘要：研制了一种同时布置体内无黏结预应力筋和外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙，通过拟静力试验研究了该自复位墙在低周反复荷载作用下的滞回性能，重点探明了预应力筋初始预应力、金属阻尼器屈服荷载大小对其耗能性能的影响，最后基于试验结果建立了数值分析模型。研究表明：该自复位约束砌体墙滞回曲线呈“旗形”，在较大位移下未出现明显的损伤，且在加载及卸载过程中没有明显的强度和刚度退化；随着预应力筋初始预应力的增加，墙体的自复位性能增强，但其耗能能力会降低；随着金属阻尼器屈服荷载的增大，墙体的耗能能力增强，但会产生少量的残余变形；数值模拟结果与试验结果吻合较好，表明本文所提出的分析模型能较好地模拟该自复位约束砌体墙的力学行为。

关键词：新型自复位约束砌体墙；外置金属阻尼器；拟静力试验；抗震性能；数值分析

中图分类号：TU352 文献标识码：A

自复位结构是一种新型的抗震结构形式，近年来得到了研究者和工程技术人员的高度重视。和传统的抗震结构相比，自复位结构最为突出的特点在于卸载后变形能完全或基本恢复。在强震作用下，自复位结构基本不产生残余变形，震后不需或经少量的维修即可恢复正常使用，从而大大地降低了震后修复成本。自复位结构体系可分为3种类型：自复位框架结构、自复位墙结构和自复位支撑框架结构，其中自复位墙主要由3部分组成：墙体、后张拉无黏结预应力筋和阻尼器。与普通的抗震墙不同，自复位墙在墙底（或沿墙高）设置水平缝，在水平荷载作用下，墙体能绕墙底两端产生微小的转动，即所谓的摇摆响应。

对于自复位墙结构，国内外少数学者开展了相关的理论分析、试验研究和数值模拟工作。在理论分析方面，Armouti首先建立了自复位混凝土墙的理论分析模型，其中混凝土墙简化成一个刚体，预应力筋采用弹簧来模拟，墙底与基础的接触采用位于两端的只受压连接模拟。在试验研究方面，Perez等设计了5个6层自复位混凝土墙进行拟静力试验，结果表明自复位混凝土墙能承受很大的非线性侧向变形而不发生显著的破坏，并且能保持自复位性能，不产生残余变形。Toranzo等对未布置预应力筋的自复位约束砌体墙，提出了直接基于位移的抗震设计方法，并对一缩比为40%的3层自复位约束砌体墙模型进行了振动台试验，试验模型考虑了楼板和边柱的作用。试验结果表明自复位约束砌体墙能极大地减小结构的损伤，提高传统砌体结构的抗震性能。在数值模拟方面，Kurama针对自复位混凝土墙，建立了基于DRAIN-2DX纤维模型梁柱单元的分析模型，并进行了非线性地震反应分析。Toranzo针对未布置预应力筋的自复位约束砌体墙，提出了用于有限元分析的数值分析模型，其中墙体采用桁架模拟，墙底设置一组只受压的弹簧来模拟墙和基础间的接触，阻尼器通过弹簧模拟。

从以上可看出，目前的研究主要针对自复位混凝土墙，对于自复位约束砌体墙的研究很少，且已有的研究中并未布置预应力筋，而预应力筋对于提高墙体的自复位能力具有重要意义。基于此，本文提出一种同时布置体内无黏结预应力筋和外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙，首先通过拟静力试验研究该新型自复位墙在低周反复荷载作用下的滞回性能，然后基于试验结果，提出适用于该新型自复位约束砌体墙的数值分析模型。

1外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙研制

1.1墙体构造

如图1所示，墙体采用砌体砌筑而成，周边设置混凝土构造柱和圈梁以提供约束，构造柱下部预埋双头螺栓以连接金属阻尼器。为防止墙体发生平面外倾覆，约束砌体墙置于凹槽型基础梁中。基础梁肩部预埋螺栓，通过连接件（图1（c））连接金属阻尼器。墙底及基础梁间设置水平缝，在水平荷载作用下，约束砌体墙可绕墙底两端产生微小的转动。预应力筋穿过竖向贯穿约束砌体墙及基础梁的预留管道，上下两端通过锚具锚固。

1.2金属阻尼器设计

约束砌体墙底部两端对称布置4个金属阻尼器，如图1（d）所示，其前端通过预埋螺栓与构造柱连接，后端通过螺栓与连接件相连。金属阻尼器采用Q235钢材加工制作。随着墙体的转动，该阻尼器绕后端发生转动，当受弯屈服后会产生较大的塑性变形，从而达到耗能减震的目的。为避免塑性变形集中，将金属阻尼器的耗能部位限制在一定长度的区域内，如图1（d）中阴影区域所示。此外，在容易发生应力集中的部位使用圆弧过渡。

金属阻尼器可简化为一变截面悬臂梁进行受力分析，如图1（d）所示，其中F表示阻尼器前端所受的荷载。设任一截面高度为h，此截面到作用点的距离为z，当全截面屈服时，设相应的屈服荷载为F_y，则有：

（1）式中：f_y为钢材屈服强度；W_p为计算截面的塑性截面模量；t为阻尼器的厚度。假设耗能区域各截面同时屈服，则由式（1）可得

（2）

由式（2）可知，金属阻尼器耗能区域两侧轮廓线应为抛物线，但为方便起见，实际加工时取为直线。

2拟静力试验概况

2.1试件设计

考虑到加载条件，墙体尺寸取为1 350 mm×1 000 mm×240 mm（高×宽×厚），混凝土構造柱及圈梁截面尺寸均为200 mm×240 mm（高×宽），基础梁截面尺寸为400 mm×600 mm（高×宽），其中凹槽深100 mm。此外，为便于施加预应力，在基础梁底部设置混凝土支墩，其尺寸为800 mm×600mm×600 mm（长×宽×高）。砌体墙采用MUIO蒸压灰砂砖砌筑，施工时预留管道周围的砌体需要进行切角处理。除支墩采用素混凝土外，其他混凝土构件均按照构造要求进行配筋，混凝土强度等级均为C20，纵筋采用HRB 335。预应力筋采用钢铰线1φ^s1×7（公称直径d=15.2 mm）。

为研究金属阻尼器对该新型自复位约束砌体墙抗震性能的影响，设计了2种不同尺寸的阻尼器，其厚度为10 mm，分别记做SD-1和SD-2，如图2所示。由式（1）可知，2种阻尼器的屈服荷载存在如下关系：

F_y2=4F_y1。 （3）式中：F_y1，F_y2分别表示SD-1和SD-2的屈服荷载。

2.2加载装置与测点布置

拟静力试验加载装置与测点布置如图3所示，水平荷载由60 t液压千斤顶施加，其加载端与连接支架连接。基础梁通过4个地锚栓锚固于试验室台座。共布置3个位移计，2个力传感器。其中，位移计1和2于墙顶左右两侧对称布置，用于测量墙顶的水平位移，位移计3用于测量自复位墙墙底的水平滑移；力传感器分别测量墙顶水平力及预应力筋在加载过程中的拉力。

2.3加载制度及工况

采用位移控制分级加载，如图4所示。第一级位移幅值为4 mm，随后以4 mm递增加载幅值，直到水平位移幅值达到20 mm（墙高的1.5%左右），每级加载循环1次。规定千斤顶对自复位约束砌体墙施加推力时，水平力及位移为正，反之为负。

为考察预应力筋初始预应力的影响，考虑了3种情况：未布置预应力筋，初始预应力为0，初始预应力为0.1f_ptk，其中f_ptk表示预应力筋强度标准值，其值为1 860 MPa。对于金属阻尼器，如前所述，也考虑了3种情况：未布置金属阻尼器，布置SD-1阻尼器及布置SD-2阻尼器。由以上可得9种工况，如表1所示，其中f_p0表示初始预应力。图5所示为试验现场照片。

3试验结果及分析

3.1金属阻尼器试验

为考察本文设计的金属阻尼器的耗能能力，使用30 t油压千斤顶对其进行了重复加载试验。采用位移控制加载，加载制度如图6（a）所示。试验中，金属阻尼器发生了明显的变形，如图6（b）所示。该金属阻尼器的力F-位移d滞回曲线如图6（c）所示，其形状饱满，表明本文设计的金属阻尼器具有良好的耗能性能。

3.2新型自复位墙拟静力试验

3.2.1试验现象

在加载过程中，构造柱及圈梁均完好，墙体未出现明显的破坏，且绕墙底两端发生转动，如图7（a）所示。实测结果表明，在加载过程中水平滑移很小，其最大值不超过1 mm，表明所采取的墙底构造措施是可靠的，能满足预定要求。加载过程中，金属阻尼器耗能區域发生了明显的变形，如图7（b）所示。

3.2.2预应力筋拉力

考察加载过程中预应力筋拉力最大的工况6。预应力筋拉力P-墙顶水平位移d曲线、拉力P随时间t变化的曲线分别如图8（a）（b）所示。可以看出：1）随着墙体水平位移变大，预应力筋的拉力也逐渐增大。当卸载后，预应力筋的拉力基本回到初始值；2）预应力筋所受的最大拉力为77.7 kN，相应的最大应力为558.9MPa，远小于其强度标准值1 860 MPa，表明预应力筋在加载过程中始终处于弹性状态。

3.2.3滞回曲线

试验所得典型工况下墙顶水平力F_位移d的滞回曲线如图9所示。

可以看出：1）滞回曲线的形状均呈“旗形”，因此可用FS（Flag-shaped）模型来描述其恢复力特性，如图9（c）所示，其中f_y表示屈服荷载，k_e表示弹性刚度，α和β分别表示屈服后的刚度系数及耗能参数；2）滞回曲线加载及卸载没有明显的刚度退化，且卸载后残余变形很小或基本没有，表明本文所提出的新型自复位约束砌体墙具有较好的自复位性能；3）当未布置金属阻尼器时（即工况1～3），自复位墙仍具有一定的耗能能力，其原因在于墙体与基础梁之间可能存在一定的摩擦力而耗能；4）当未布置预应力筋时（即工况1，4，7），墙体卸载后基本上没有残余变形，表明墙体仅通过自重也可基本上实现自复位。

图10所示为预应力筋不同初始预应力对应的滞回曲线。可以看出：1）布置预应筋后，墙体的强度和刚度得到显著提高。尤其对于屈服后刚度，当未布置预应力筋时，墙体屈服后刚度趋近于为0或负值，当布置预应力筋后，墙体屈服后刚度变为正值；2）随着初始预应力的增加，墙体的强度显著增加，但屈服后刚度变化不大；3）随着初始预应力的增加，墙体卸载后残余变形减小，表明增加初始预应力有利于提高墙体的自复位性能。

图11所示为不同阻尼器对应的滞回曲线。可看出：1）布置金属阻尼器后，滞回曲线的形状更饱满，所围成的面积显著增加，表明金属阻尼器可有效地提高自复位约束砌体墙的耗能能力；2）随着阻尼器屈服荷载的增加，滞回曲线所围成的面积变大，表明自复位约束砌体墙的耗能能力增强；3）随着阻尼器屈服荷载的增加，墙体卸载后残余变形变大。

3.2.4等效黏滞阻尼系数

为量化新型自复位约束砌体墙的耗能能力，选取各工况中位移幅值最大的滞回环计算等效黏滞阻尼系数ξ_tq，如下式所示：

（4）式中：E_D，E_S分别表示滞回耗能及最大应变能。

由式（4）计算所得等效黏滞阻尼系数见表2。可看出：1）随着预应力筋初始预应力的增大，ξ_tq减小，表明初始预应力的增加会降低自复位约束砌体墙的耗能能力；2）随着金属阻尼器屈服荷载的增大，ξ_tq增大，表明白复位约束砌体墙的耗能能力增强。

4有限元数值分析模型

4.1数值分析模型的建立

采用OpenSees建立有限元数值分析模型，如图12（a）所示。由试验结果可知，墙体基本上没有明显的损伤，因此采用弹性梁柱单元（elastic BeamColumn）进行模拟。

预应力筋采用桁架单元（Truss element）来模拟，其底端固定于基础，顶端与墙体通过刚性连接件（rigid-link）来模拟，其材料采用Steel02材料进行模拟（即Giuffre-Menegotto-Pinto模型），该材料可以直接施加初始应力来考虑初始预应力。

金属阻尼器采用零长度（zeroLength）单元进行模拟，即通过位于同一位置的2个节点来建模，采用Steel01材料模拟其力位移本构关系，如图12（b）所示，其中E表示弹性刚度，a表示屈服后刚度系数，f_y表示屈服强度。

墙体与基础之间的水平缝用一组只受压弹簧来模拟。与阻尼器相似，采用零长度单元来模拟只受压弹簧，其力位移本构关系选用弹性不能受拉材料（Elastic-No Tension Material），如圖12（c）所示。墙体与阻尼器及只受压弹簧间通过刚性连接件连接。

4.2分析结果对比

采用前节建立的简化数值分析模型，选取2个代表性的工况进行模拟，分别为工况6和9。前者对应于SD-1阻尼器，后者对应于SD-2阻尼器。

将数值分析结果与试验结果进行对比，如图13所示。可以看出：1）从整体上来说，数值模拟结果与试验结果吻合较好，表明所建立的模型具有较高的分析精度，且计算效率很高，可进一步用于数值拓展分析；2）相对于采用SD-1的工况，采用SD-2的工况数值模拟和试验结果相差较大，其原因可能在于金属阻尼器SD-2并没有充分地发挥作用，其连接方式、布置位置等还需要进一步改进。

5结论

本文研制了一种同时布置体内无黏结预应力筋-和外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙，并通过拟静力试验研究了该新型自复位墙在低周反复荷载作用下的滞回性能，基于试验结果提出了简化的数值分析模型。可以得出如F结论：

1）本文设计的新型自复位约束砌体墙构造措施合理、可靠，达到了预期的目标，其外置式弯曲耗能型金属阻尼器耗能性能稳定。

2）该新型自复位墙在加载过程中未出现明显的损伤，且在加载及卸载过程中没有明显的刚度退化，其滞回曲线呈“旗形”，可用Fs模型近似描述其恢复力特性。

3）布置预应力筋后，墙体的强度和刚度显著提高。随着预应力筋初始预应力的增加，墙体的自复位性能增强，但其耗能能力会降低。

4）布置金属阻尼器后，墙体的耗能能力显著提高。随着金属阻尼器屈服荷载的增大，墙体的耗能能力增强，但会产生少量的残余变形。