结构消能减振技术是一种有效的结构控制技术，在工程中得到越来越广泛的应用。它利用安装在结构中的耗能装置产生摩擦、弯曲、剪切或扭转等弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构的地震响应。本文在已有的理论基础上，对平面内弯曲耗能模式的软钢耗能装置进行了改进，研发了一种新型的抛物线形软钢阻尼器，该种形状的阻尼器具有全长截面同时屈服的特点，并且可通过选择不同的截面系数对阻尼器的恢复力曲线进行调整。围绕抛物线形软钢阻尼器及其结构的性能试验这个主题，对抛物线形软钢阻尼器的设计及参数分析、振动台试验和抗震分析方法等进行深入研究，主要研究内容和所取得的主要成果包括:　　 (1)抛物线形软钢阻尼器的的设计、分析　　 阐述了新型软钢阻尼器的设计原理，确定阻尼器的形状为抛物线形，给出了截面设计公式，并据此推导出抛物线形软钢阻尼器的力学性能的理论计算公式。利用有限元软件对影响阻尼器力学性能的参数进行了分析。截面系数对阻尼器的力学性能影响最大，由纯弯曲假定及所推导力学性能计算公式的精确性可确定截面系数的最大值，从滞回曲线、能量耗散系数和应力分布确定截面系数的取值范围。中间过渡段长度对阻尼器的力学性能影响不大，但对应力分布有影响。阻尼器肢数对力学性能及应力分布影响较小。阻尼器计算长度是否考虑圆弧段和连接段对计算值有一定的影响，从理论计算值与有限元计算值的误差分析确定了计算长度的取值。　　 (2)力学性能试验　　 对抛物线形软钢阻尼器进行了两组力学性能试验，两组试件经历标准加载和循环加载后，产生了比较均匀的塑性变形，滞回曲线饱满，无捏缩，没有明显的低周疲劳现象，主要性能指标没有下降，工作状况稳定，相同位移下的试验曲线几乎完全重合，说明阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力，是一种理想的耗能元件。对两组试验的骨架曲线分析可以看出，该阻尼器的力学模型可以简化为双线性模型。沿试件长度方向布置七个三向应变片，对试验过程中应变的变化情况进行了研究。除中心测点外，其他测点沿试件长度方向的应变和主应变随加载位移同步变化，且变化情况一致，充分体现了抛物线形软钢阻尼器的特点。建立了有限元模型对试验构件的滞回曲线、应力分布和力学性能参数进行分析，并与试验结果进行对比。有限元分析所得到的应力分布及滞回性能与试验结果相一致，所计算的力学性能参数与试验测定结果和理论分析结果相当吻合，说明设计计算公式能准确地反映阻尼器的力学性能，可以用于软钢阻尼器的设计。　　 (3)振动台试验　　 设计了软钢阻尼器-钢框架体系振动台试验的缩尺模型，研究了钢框架结构体系欠人工质量模型弹塑性阶段的相似关系，推导了软钢阻尼器的各参数的相似关系，对装有软钢阻尼器的钢框架结构进行了振动台试验。试验分为安装三种不同布置方式的阻尼器及不安装阻尼器四种工况，计算了各工况的自振频率。软钢阻尼器为结构提供了附加刚度，使结构体系的自振频率增大。但阻尼器安装在不同的位置，对结构刚度的影响不同，因此自振频率也不同。软钢阻尼器三种不同的布置方式均有效地减小了层间位移和加速度响应。不同阻尼器布置方式及不同的地震波作用，对层间位移和加速度的控制效果不同。如果结构各层刚度相同，阻尼器的布置方式应从底层开始向上层布置，隔层布置控制效果稍差些。研究了软钢阻尼器的滞回曲线，阻尼器在地震荷载作用下性能稳定，能有效地消耗地震能量。对第一、二和三层安装了软钢阻尼器的试验工况进行了有限元分析，有限元计算结果与实测较为吻合，说明所建有限元模型能较为准确地反映结构的动力性能，可使用该模型对模型结构及原型结构的动力响应做进一步分析。　　 (4)软钢阻尼器的分数阶力学模型及分数阶振动方程的数值计算　　 基于双线性模型，提出了软钢阻尼器最大恢复力相等的刚度-阻尼模型，该力学模型能较好地与试验曲线相吻合。为了更好地描述软钢阻尼器的力学性能，把刚度-阻尼模型推广到分数阶范围，建立了软钢阻尼器的分数阶恢复力模型，并比较了不同分数阶阶次对恢复力模型的影响。建立了多自由度体系在地震波作用下的分数阶运动方程，利用滤波器对分数阶微分进行近似，通过状态方程研究安装软钢阻尼器的框架结构在地震作用下的动力响应。对软钢阻尼器简化为线性模型和非线性模型分别编制了分数阶振动方程动力响应的数值计算程序。这两种简化模型各有优劣，分数阶线性模型计算简便，分数阶非线性模型需要对刚度和阻尼矩阵实时更新，计算稍微复杂，但结果更精确。　　 (5)软钢阻尼器-钢框架体系分数阶振动方程的减震分析　　 在振动台试验的基础上，对软钢阻尼器分别采用等效线性模型和等效非线性模型建立软钢阻尼器-钢框架体系的分数阶振动方程，研究了分数阶阶次取不同值时结构体系在地震作用下的动力响应。从时程曲线看，计算层间位移和层加速度时程曲线与实测曲线能较好地吻合。结构的最大层间位移响应与层加速度响应分析结果表明，不同阶次的分数阶模型计算结果与阶次为1时的趋势一致。随着分数阶阶次的增大，计算层间位移和加速度逐渐减小。通过两种分数阶模型的计算可以看出，分数阶线性模型计算简便，虽然计算结果略小于实测值，但可以取小于1的分数阶阶次，使计算结果较传统的整数阶模型更接近实测结果，分数阶非线性模型计算结果更精确，与实测值更接近。从分数阶振动方程的地震响应计算结果来看，分数阶动力学模型可通过调整分数阶阶次的大小，较灵活地调整地震作用下结构的响应，使计算结果更符合实际。