铅板铅板阻尼器的研究与展望

铅板引言

目前，研究和应用隔离、耗能减震技术越来越广泛。随着社会的不断发展，新设备的研发和应用越来越多，铅金属阻尼器逐渐发挥了其在关键领域的地位。利用地震时铅发生弹塑性屈服导致变形而消耗地震能量，从而达到减震、隔震的目的。铅阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单、制作方便、十分经济的耗能减震装置。它既可以用作隔震系统中的耗能元件或限位装置，又可以用作建筑结构中的耗能装置，提供阻尼； 既可用于结构的风控制中，又可用于结构的抗震控制中。因此，具有较大的应用价值和广泛的应用前景。

目前，已经研发了多种类型的铅阻尼器：铅挤压阻尼器、铅剪切阻尼器、铅节点阻尼器、圆柱型铅阻尼器和异型铅阻尼器。

铅板铅剪切阻尼器

铅剪切阻尼器是由新西兰Penguin Engineering公司首先研制的，基本原理主要为利用铅受剪屈服后产生塑性变形来耗能，在小位移时，铅受到剪切和弯曲作用，进入屈服阶段，通过滞回变形消耗能量； 在大位移时，重点利用剪切滞回变形消耗能量。此种耗能器的主要特点是对微小变形十分敏感，在± 2μm的变形下即可获得较大的阻尼力。其次，由于铅本身具有动态再结晶功能，因此，在其设计变形的范围内，可以在不同的变形下做几千次的循环而不出现退化现象，能够保持其本身的力学性能不变，工作性能非常稳定。铅剪切阻尼器可以提供的阻尼力大小和变形速度无关，近似于理想的塑性体。其后，国内许多学者也在铅剪切阻尼器的研发方面做了很多工作，王焕定等人对铅剪切阻尼器进行了不同频率不同位移峰值的三角形波的逐级加载试验。实验结果表明： 铅剪切阻尼器弹性刚度很大，屈服位移很小，屈服后，随位移增加刚度明显降低，体现了明显的塑性性质。

如图1：新型铅阻尼器图所示，为闫维明、彭凌云等研制的一种铅剪切型阻尼器。不同加载位移、加载频率和加载次数下的性能试验研究表明，此种阻尼器滞回环较为丰满，是一种良好的阻尼器，这种阻尼器的滞回性能稳定，耗能效果好，装置较小，出力较大，能够满足装置耗能的要求，且制作简单，无需养护。

相同位移峰值不同的频率的滞回曲线是基本一致的，可以得出铅剪切阻尼器在低频位移相关型的阻尼器的耗能性能与加载的频率无关，且阻尼器是拉压同性的，滞回曲线沿加载的原点对称； 小位移的情况下，滞回曲线基本呈四边形。随着位移的增大，出现刚度增加，剪切作用趋于稳定，滞回曲线又逐渐趋于四边形，且较大位移的滞回曲线基本包容小位移的滞回曲线。

铅板铅板阻尼器

本文提出的铅板阻尼器，当其铅板在一定长度范围之内属于剪切型阻尼器，本阻尼器主要是由钢板、实心钢柱与铅组成，采用等级为Q345的钢板与钢柱，钢板壁厚为20mm，钢柱为直径40mm的实心钢柱，50mm厚的高纯度铅板。试件制作简单方便，具体尺寸模型如图2：铅板阻尼器具体尺寸模型图所示。

铅阻尼器属于位移相关型阻尼器，耗能性能与速度无关。铅板阻尼器构造简单，无需维护，制作简单方便，并且可以提供稳定的阻尼力。然而，无论从铅板阻尼器的研究角度，还是从其以后在工程应用的角度来看，还存在一些需要解决的问题：

（1） 铅板阻尼器的各项参数对其滞回性能影响较大，需要对不同参数的阻尼器对滞回性能的影响做深入的研究；

（2） 铅板阻尼器的加工工艺（ 如铅板制作精细程度，铅本色的纯度控制） 尚有待于进一步的研究。随着铅板阻尼器的进一步研究成熟，必将可以应用于实际工程中。

铅是人类最早使用的金属之一，公元前3000年，人类就从矿石中熔炼铅。铅锌在自然界里特别在原生矿床中共生极为密切。它们具有共同的成矿物质来源和十分相似的地球化学行为，有类似的外层电子结构，都具有强烈的亲硫性，并形成相同的易溶络合物。它们被铁锰质、粘土或有机质吸附的情况也很相近。

目前，在地壳中已发现的铅锌矿物约有250多种，大约1/3是硫化物和硫酸盐类，但可供目前工业利用的仅有17种。其中，铅工业矿物有方铅矿、硫锑铅矿、脆硫锑铅矿、车轮矿、白铅矿、铅矾、铬铅矿、磷氯铅矿、砷铅矿、钒铅矿、钼铅矿；锌工业矿物有闪锌矿、纤维锌矿、菱锌矿、异极矿、硅锌矿、水锌矿。方铅矿、闪锌矿等是冶炼铅锌的主要工业矿物原料。

主要用于制造铅蓄电池，在制酸工业和冶金工业上用铅板、铅管作衬里保护设备，电气工业中铅用作电缆包皮和熔断保险丝。含锡、锑的铅合金用作印刷活字，铅锡合金用于制造易熔铅焊条，铅板和镀铅钢板用于建筑工业。铅对X射线和γ射线有良好的吸收性，广泛用作X光机和原子能装置的保护材料。由于铅毒和经济等原因，某些领域中铅已经或即将被其他材料所代替。

具有很强的防腐蚀，耐酸碱，耐酸环境施工、医用防辐射，X光，CT室射线防护、加重、隔音等许多方面，而且是一种比较廉价的防辐射材料。

铅板，指用金属铅轧制而成的板材.比重为11.345g/cm³。

目前国内常见的厚度为0.5-500mm，常用规格为1000*2000mm，国内最好的机器可制作最宽2000mm，最长30000mm，多采用1#电解铅制作，市面上也有采用回收铅制作而成的。其品质略差些，价格相差些许。

在国内使用这种产品的很少，主要是一次性投资较大，在欧洲及大洋洲国家使用非常普遍，橙波湖防水铅板厚度0.3mm-20mm，宽度100-1500mm，长度100-20000mm防水铅板。

铅pbO的比重大，密度高（11.34g/cm3），具有阻止X射线及其他射线穿透的作用，因此常用于射线防护工程施工。用于射线防护的铅板，一般在1-10mm以内，平常所讲铅当量或者防护当量也指的是相当于1mm厚的铅板所能达到的防护射线效果。与普通的铅板不同，用于射线防护的铅板要求厚度要均匀，无氧化夹杂物和气泡，若厚度不均匀或者铅板中含有气泡等，就会大大降低其阻挡x射线穿透的效果。我们国内生产的铅板一般不会超过1.5m宽，因为比较重，所以长度不宜超过5M,否则运输较为困难。

lead board表面为亮灰色，存放后会产生氧化成为暗灰色，其化学性状不受影响。