黏滞消能减振技术原理与应用：黏滞阻尼墙试验结果与分析

1）间隙式黏滞阻尼墙试验结果与分析

间隙式黏滞阻尼墙力学性能试验采用拟动力加载，对黏滞阻尼墙试件施加水平方向正弦激励，进行位移控制。试验时，先将温度控制在一定值，设定加载的位移幅值，再调整加载频率，如此反复进行。

（1）滞回特性与位移幅值的关系

对比常温下，加载频率均为1.0 Hz但位移幅值不同的试验结果。由试验数据可以看出，振动频率及环境温度一定时，随着位移幅值的增大，阻尼墙输出阻尼力—位移滞回曲线的形状及斜率基本保持不变，但滞回曲线包络的面积和最大阻尼力明显增大，如图7-18所示。

试验结果表明，在频率与温度一定的情况下，随着位移加载幅值的增加，黏滞阻尼墙最大输出阻尼力和耗能能力都有明显的提高。

图7-18　间隙式黏滞阻尼墙变位移幅值工况阻尼力—位移滞回曲线

（2）滞回特性与加载频率的关系

图7-19所示为当试验温度（27.5℃）和位移幅值（30 mm）一定时，黏滞阻尼墙在不同加载频率工况下的阻尼力—位移滞回曲线，由图可以看到随着加载频率的提高，滞回曲线的斜率明显增大且包围的面积也有大幅度的增加，与此同时最大阻尼力也相应变大。黏滞阻尼墙的耗能能力随着加载频率的增加有所增强，而且阻尼介质也出现了较为明显的弾性特性，整个黏滞阻尼墙表现出一定的黏弹性特征。

图7-19　间隙式黏滞阻尼墙变加载频率工况阻尼力—位移滞回曲线

（3）滞回特性与加载速度的关系

通过对试验数据的分析，可以得到不同加载频率下间隙式黏滞阻尼墙阻尼力与加载速度之间的相关关系，如图7-20所示。

同样，通过对同一速度条件下阻尼墙最大阻尼力与加载频率的相关性分析，得到图7-21所示阻尼墙最大阻尼力与加载频率之间的关系曲线。

由上述分析可以看出，加载速度和加载频率都会对黏滞阻尼墙的输出阻尼力产生影响，此点不同于常规黏滞阻尼器输出力跟加载速度之间的相关性，由此也表明间隙式黏滞阻尼墙采用的阻尼介质具有黏弹性性质。加载速度对黏滞阻尼墙输出阻尼力的影响呈正相关趋势，并且呈明显的非线性关系[11]，而加载频率对输出阻尼力的影响呈负相关趋势，并且具有明显的幂函数特性，这也与式（7-22）所表达的黏滞阻尼墙阻尼力计算公式的内涵相同。

图7-20　间隙式黏滞阻尼墙最大阻尼力与速度的关系

图7-21　间隙式黏滞阻尼墙最大阻尼力与频率的关系曲线

（4）环境温度的影响

图7-22　间隙式黏滞阻尼墙滞回曲线与温度的关系

为研究温度对黏滞阻尼墙性能的影响，分别进行了试件在常温（27.5℃）及相对高温（48.3℃）条件下，加载频率为1.0 Hz时的力学性能试验，结果如图7-22所示。由图7-22可以看出，当加载频率及位移幅值相同时，间隙式黏滞阻尼墙的最大阻尼力因温度变化而不同。与常温条件相比，高温时黏滞阻尼墙最大阻尼力有所降低，滞回曲线包围的面积变小，且滞回曲线斜率略有减小，试验表明常温时黏滞阻尼墙工作性能较好。

（5）抗疲劳性能

对间隙式黏滞阻尼墙进行抗疲劳性能试验，结果如表7-3、表7-4所示：

表7-3　考虑地震作用工况时阻尼墙疲劳性能试验

由上表可以看出，黏滞阻尼墙在地震作用下所产生的最大阻尼力随着循环次数的增加而有所变化，但基本上都保持在每增加10次循环，最大阻尼力的变化幅度在5%以内。

表7-4　考虑风荷载作用工况时阻尼墙疲劳性能试验

风荷载作用下1 000次循环的黏滞阻尼墙最大阻尼力衰减也都控制在5%以内。如果考虑试验加载设备在进行上千次循环后油压出现波动的情况，则阻尼墙最大阻尼力的变化几乎可以忽略不计。因此，间隙式黏滞阻尼墙有着良好的抗疲劳性能。

2）孔隙式黏滞阻尼墙试验结果与分析[13](www.xing528.com)

（1）滞回特性与位移幅值的关系

在环境温度和加载频率一定的情况下，孔隙式黏滞阻尼墙的滞回曲线如图7-23所示。

图7-23　孔隙式黏滞阻尼墙不同频率阻尼力—位移关系曲线

由图7-23可以看出，试验得到的滞回曲线较为饱满，形状类似于圆角矩形，频率较低的情况下基本无刚度，基本关于原点对称，表明孔隙式黏滞阻尼墙具有较好的耗能性能。由试验还可以看出，滞回曲线所包围的面积随着位移的增加逐渐增大，并且阻尼墙最大阻尼力也有所提升。说明在实际使用过程中，在设置黏滞阻尼墙处工作位移越大，对应输出阻尼力越大，耗能效果越好。

由图7-23还可以观察到，当加载频率上升到1.0 Hz时，黏滞阻尼墙的阻尼力—位移滞回曲线出现了较为明显的倾斜，产生了动态刚度（或称瞬时刚度）。试验过程中，黏滞阻尼墙在受力后如果突然中途卸载基本不产生回弹现象，也不会恢复到加载前的初始位置。但是随着加载频率的增加，孔隙两端的压力差急剧增大，阻尼介质不能迅速由高压区域通过孔隙流入低压区域，而顶板以及内钢板的运动为了和加载位移相协调，在高压下会对阻尼介质产生一定的压缩，黏滞阻尼墙内钢板也会产生微小的变形，这些因素综合作用，导致黏滞阻尼墙在加载频率较高的短暂时间段内出现弹性刚度，称为瞬时刚度或者动态刚度。[12]

（2）滞回特性与加载频率的关系

在位移幅值一定的情况下，孔隙式黏滞阻尼墙的最大阻尼力与加载频率的关系如图7-24所示。从图7-24可以看出，当加载位移幅值一定时，随着加载频率的增大，黏滞阻尼墙的最大阻尼力也相应增加，黏滞阻尼墙的最大阻尼力随着加载频率以及位移幅值的增大都会相应增加。

图7-24　孔隙式黏滞阻尼墙定幅值，最大阻尼力与加载频率关系

为了准确把握黏滞阻尼墙最大输出阻尼力的影响因素，进一步分析了当加载速度一定时，随着加载频率的增大，黏滞阻尼墙的最大阻尼力变化情况，参见图7-25。

从图7-25可以看出，在不同加载频率作用下，只要加载速度相同，最大输出阻尼力也基本相当。例如，当最大加载速度为31.42 mm/s时，对比不同加载工况（位移幅值、加载频率等）的滞回曲线，阻尼墙的最大输出阻尼力几乎没有差别。

（3）滞回特性与加载速度的关系

为研究图7-25的现象，又专门对比不同位移幅值、加载频率但最大加载速度一定条件下的阻尼力—位移滞回曲线，参见图7-26。由图可见，孔隙式黏滞阻尼墙的最大输出阻尼力几乎没有差别。

图7-25　孔隙式黏滞阻尼墙定速度，最大阻尼力与加载频率关系

图7-26　孔隙式黏滞阻尼墙定速度，阻尼力—位移滞回曲线

对比孔隙式黏滞阻尼墙的最大阻尼力随速度变化情况，如图7-27所示，从图中可以看出，当最大加载位移幅值不变而速度变化时，孔隙式黏滞阻尼墙的最大阻尼力随速度的增大而增大，表现出明显的速度相关性。

进一步由前述的图7-25可知，当加载频率不变而速度变化时，孔隙式黏滞阻尼墙的最大阻尼力随速度的增大而增大，也表现出速度相关性；由图7-26可知，当加载速度不变时，孔隙式黏滞阻尼墙的最大阻尼力不随频率和位移幅值的改变而变化。

上述分析表明，孔隙式黏滞阻尼墙在试验中所表现出的最大输出阻尼力随加载幅值、加载频率变化现象，其本质还是为最大阻尼力与速度的相关性，故孔隙式黏滞阻尼墙是一种速度相关型消能减振装置。

（4）抗疲劳性能

根据阻尼墙的不同使用条件，对孔隙式黏滞阻尼墙的疲劳性能进行试验，试验结果如表7-5与表7-6所示。

图7-27　孔隙式黏滞阻尼墙最大阻尼力随速度变化图

表7-5　考虑地震作用工况时阻尼墙疲劳性能试验

由上表可以看出，阻尼墙在地震作用下，阻尼力随着循环次数的增加也会有所变化，但基本上都保持在每增加10个循环，最大阻尼力的变化幅度在5%以内。

表7-6　考虑风荷载作用工况时阻尼墙疲劳性能试验

阻尼墙1 000次循环疲劳试验的最大阻尼力衰减也都控制在10%以内。因此可以看出孔隙式黏滞阻尼墙有着良好的抗疲劳性能。