基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法，选定用于主体结构弹塑性时程分析的地震波；设定主体结构罕遇地震作用时的消能减震结构性能目标和要求；计算主体结构的目标实际附加有效阻尼比；初步确定消能器类型、布置位置、形式及数量，在每条地震波的作用下，对消能减震结构进行罕遇地震的弹塑性时程分析，计算消能器的实际附加有效阻尼比ξa，比较消能器的实际附加有效阻尼比ξa和主体结构的目标实际附加有效阻尼比ξaim，直至ξaim≤ξa≤1.1ξaim。本发明专利技术实现消能减震结构设计中消能器选用和布置的合理性，作为分析设计人员对消能器设计的依据，使消能器处于高效率工作状态，实现消能减震结构设计中消能器设计的技术性和经济性指标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑结构
中的消能减震结构设计与分析技术，特别是涉及一种基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法。
技术介绍
传统建筑结构的抗震主要通过结构及构件在地震中出现损坏来消耗地震能量，而结构及构件的严重损坏就是地震能量的转换或者消耗过程。近年来，随着我国地震频发，导致建筑结构遭受严重破坏，危害着人民生命及财产安全。由于目前对结构“硬抗”地震的机制难以到达有效的控制要求，因此“软抗”地震的方式—消能减震技术在建筑结构中逐渐广泛应用，它对复杂的建筑结构和生命线工程有着重大意义。消能减震技术是一种在建筑结构中设置消能器来耗散地震能量的被动控制技术。消能减震结构包括主体结构和消能部件，消能部件由消能器和用于主体结构连接消能器的构件组成。消能器通过内部材料或与构件之间的摩擦，利用弹塑性滞回变形或黏(弹)性滞回变形来耗散或吸收地震能量。简而言之，消能减震技术就是在建筑主体结构的某些部位设置消能器，通过其变形来耗散或吸收地震输入结构的能量，以减小对主体结构的影响，从而保护主体结构。常用的消能器有位移相关型消能器、速度相关型消能器和复合型消能器等。消能减震结构的性能化设计是针对整体结构、局部结构、消能部件、关键部位、重要构件、次要构件等设定相应的性能目标，根据设定的性能目标对消能减震结构进行分析设计，而在消能减震结构设计中关键是要合理的选用和布置消能器，最大限度的发挥消能器的耗能特性，衡量消能器耗能能力的性能指标就是其附加有效阻尼比。消能器的目标附加有效阻尼比即是消能器的耗能性能目标，消能器的类型、选用数量、布置形式及布置位置都会影响消能器整体耗能特性，进而影响其性能目标的实现。在消能减震结构的性能化设计中，消能器的选用和布置基本能满足目标附加有效阻尼比的要求，但往往存在消能部件类型选用不合理、数量使用过多、布置形式及位置不合理的缺陷，以增加消能器的数量来换取其工作质量，造成消能器在消能减震结构中处于低效率的工作状态，这就需要对消能器进行优化设计，即选择合理的消能器类型、确定其数量、布置形式及位置，从而实现消能器抗震性能目标的技术和经济合理性。目前，现有的消能减震结构的性能化优化设计采用的是基于位移性能目标的消能器优化设计方法，它基本以建筑主体结构的各楼层的层间位移或层间位移角作为性能目标，从而对消能器进行优化控制，设定多种消能器布置方案，使主体结构满足并逐步逼近小震、中震及大震设定的各级位移性能目标，从中确定一种消能器的布置方案。然而，这种消能减震结构的性能化优化设计存在以下缺陷：⑴它从建筑主体结构的位移宏观参数指标出发，其实质目的是控制消能减震结构的变形，消能器的优化仅仅只是调整消能器的布置位置，很少涉及甚至没有对消能器的数量和布置形式方面进行优化，造成消能器在消能减震结构中处于低效率的工作状态，虽然能基本达到消能减震结构设计中消能器设计的技术性指标，但是无法满足经济性指标。⑵它的实质目的是控制消能减震结构的变形，因此，这种优化方法只限于具有层概念的多层及高层建筑，而并不适用于无绝对层概念的大型公共建筑，如大型体育场馆、机场、车站等，所以不能适用于所有的建筑形式。⑶它没有从消能器本身的耗能特性出发，忽略了消能减震结构在地震作用时其结构反应的变化是由于消能器耗散地震能量而提供附加有效阻尼比的原因，而仅是基于结构位移参数进行消能器的优化，如此，使得消能减震结构抗震性能目标技术和经济指标实现的不够充分，也未能体现消能器优化的本质特征，造成消能器的优化效率低，且优化效果不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种消能器选用和布置合理、降低造价成本、适用于具有建筑结构层概念特点的多层、高层及超高层建筑形式、能够实现消能减震结构设计中消能器设计的技术性和经济性指标、提高消能器优化效率的基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法，以此作为分析设计人员对消能器设计的依据。本专利技术的目的通过如下的技术方案来实现：一种基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法，具体包括以下步骤：⑴选定用于主体结构弹塑性时程分析的地震波；⑵设定主体结构罕遇地震作用时的消能减震结构性能目标和要求，对主体结构不设置消能器，在第i条地震波的作用下，其中，i＝1，2，3，…，n，n为地震波的数量，对主体结构反复迭加附加有效阻尼比进行罕遇地震的弹塑性时程分析，直至迭加了附加有效阻尼比后的主体结构在该条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，该迭加的附加有效阻尼比即为对应于第i条地震波的目标附加有效阻尼比ξaim(i)；⑶对每条地震波作用时的目标附加有效阻尼比ξaim(i)求均值，得到主体结构的目标实际附加有效阻尼比公式①式中：n为地震波的数量；⑷初步确定消能器的类型、布置位置、形式及数量，并将消能器布置在主体结构中形成消能减震结构；⑸在每条地震波的作用下，对消能减震结构进行罕遇地震的弹塑性时程分析：①若消能减震结构在第i条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，转入步骤⑹；②若消能减震结构在第i条地震波作用时不能满足消能减震结构性能目标和要求，调整消能器类型、布置位置、形式和数量，直至消能减震结构在该条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，转入步骤⑹；⑹计算第i条地震波作用时的消能器的附加有效阻尼比ξE(i)：ξEt(i)＝∑Wcjt(i)/(4πWst(i))公式②ξE(i)=Σt=1mξEt(i)]]>公式③式中：ξEt(i)为消能减震结构中第i条地震波作用时消能器附加有效阻尼比t时刻值，m为第i条地震波的总时刻点数；ξE(i)为第i条地震波作用时消能器的附加有效阻尼比；Wcjt(i)为第j个消能部件在第i条地震波作用时的t时刻结构预期层间位移Δujt(i)下往复循环一周所消耗的能量；Wst(i)为消能减震结构在第i条地震波作用时的t时刻预期位移下的总应变能；⑺对每条地震波作用时的消能器的附加有效阻尼比ξE(i)求均值，得到消能器的实际附加有效阻尼比ξa：ξa=Σi=1nξE(i)/n]]>公式④式中：n为地震波的数量；⑻比较消能器的实际附加有效阻尼比ξa和主体结构的目标实际附加有效阻尼比ξaim：①若ξa＜ξaim，转入步骤⑼；②若ξa＞1.1ξaim，转入步骤⑽；③若ξaim≤ξa≤1.1ξa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法，具体包括以下步骤：⑴选定用于主体结构弹塑性时程分析的地震波；⑵设定主体结构罕遇地震作用时的消能减震结构性能目标和要求，对主体结构不设置消能器，在第i条地震波的作用下，其中，i＝1，2，3，…，n，n为地震波的数量，对主体结构反复迭加附加有效阻尼比进行罕遇地震的弹塑性时程分析，直至迭加了附加有效阻尼比后的主体结构在该条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，该迭加的附加有效阻尼比即为对应于第i条地震波的目标附加有效阻尼比ξaim(i)；⑶对每条地震波作用时的目标附加有效阻尼比ξaim(i)求均值，得到主体结构的目标实际附加有效阻尼比ξaim=Σi=1nξaim(i)/n]]> 公式①式中：n为地震波的数量；⑷初步确定消能器的类型、布置位置、形式及数量，并将消能器布置在主体结构中形成消能减震结构；⑸在每条地震波的作用下，对消能减震结构进行罕遇地震的弹塑性时程分析：①若消能减震结构在第i条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，转入步骤⑹；②若消能减震结构在第i条地震波作用时不能满足消能减震结构性能目标和要求，调整消能器类型、布置位置、形式和数量，直至消能减震结构在该条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，转入步骤⑹；⑹计算第i条地震波作用时的消能器的附加有效阻尼比ξE(i)：ξEt(i)＝ΣWcjt(i)/(4πWst(i)) 公式②        ______ξE(i)=Σt=1mξEt(i)]]> 公式③式中：ξEt(i)为消能减震结构中第i条地震波作用时的消能器附加有效阻尼比t时刻值，m为第i条地震波的总时刻点数；ξE(i)为第i条地震波作用时消能器的附加有效阻尼比；Wcjt(i)为第j个消能部件在第i条地震波作用时的t时刻结构预期层间位移Δujt(i)下往复循环一周所消耗的能量；Wst(i)为消能减震结构在第i条地震波作用时的t时刻预期位移下的总应变能；⑺对每条地震波作用时的消能器的附加有效阻尼比ξE(i)求均值，得到消能器的实际附加有效阻尼比ξa：ξa=Σi=1nξE(i)/n]]>  公式④式中：n为地震波的数量；⑻比较消能器的实际附加有效阻尼比ξa和主体结构的目标实际附加有效阻尼比ξaim：①若ξa＜ξaim，转入步骤⑼；②若ξa＞1.1ξaim，转入步骤⑽；③若ξaim≤ξa≤1.1ξaim，转入步骤⑾；⑼重新布置消能器及增加消能器的数量，重复步骤⑸～⑻，直至ξaim≤ξa≤1.1ξaim，转入步骤⑾；⑽调整消能器的位置并减少消能器的数量，重复步骤⑸～⑻，直至ξaim≤ξa≤1.1ξaim，转入步骤⑾；⑾完成消能减震结构性能设计中消能器的优化。...

【技术特征摘要】
1.一种基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器时变优化方法，具体
包括以下步骤：
⑴选定用于主体结构弹塑性时程分析的地震波；
⑵设定主体结构罕遇地震作用时的消能减震结构性能目标和要求，对主体结
构不设置消能器，在第i条地震波的作用下，其中，i＝1，2，3，…，n，n为地震
波的数量，对主体结构反复迭加附加有效阻尼比进行罕遇地震的弹塑性时程分析，
直至迭加了附加有效阻尼比后的主体结构在该条地震波作用时能够满足消能减震
结构性能目标和要求，该迭加的附加有效阻尼比即为对应于第i条地震波的目标附
加有效阻尼比ξaim(i)；
⑶对每条地震波作用时的目标附加有效阻尼比ξaim(i)求均值，得到主体结构的
目标实际附加有效阻尼比ξaim=Σi=1nξaim(i)/n]]>公式①
式中：n为地震波的数量；
⑷初步确定消能器的类型、布置位置、形式及数量，并将消能器布置在主体
结构中形成消能减震结构；
⑸在每条地震波的作用下，对消能减震结构进行罕遇地震的弹塑性时程分析：
①若消能减震结构在第i条地震波作用时能够满足消能减震结构性能目标和
要求，转入步骤⑹；
②若消能减震结构在第i条地震波作用时不能满足消能减震结构性能目标和
要求，调整消能器类型、布置位置、形式和数量，直至消能减震结构在该条地震
波作用时能够满足消能减震结构性能目标和要求，转入步骤⑹；
⑹计算第i条地震波作用时的消能器的附加有效阻尼比ξE(i)：
ξEt(i)＝ΣWcjt(i)/(4πWst(i))公式②
______
ξE(i)=Σt=1mξEt(i)]]>公式③
式中：ξEt(i)为消能减震结构中第i条地震波作用时的消能器附加有效阻尼比t
时刻值，m为第i条地震波的总时刻点数；ξE(i)为第i条地震波作用时消能器的附
加有效阻尼比；Wcjt(i)为第j个消能部件在第i条地震波作用时的t时刻结构预期层
间位移Δujt(i)下往复循环一周所消耗的能量；Wst(i)为消能减震结构在...

【专利技术属性】
技术研发人员：区彤，徐昕，谭坚，杨新，焦柯，张连飞，林家豪，段静，
申请(专利权)人：广东省建筑设计研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44