基于目標附加有效阻尼比的消能減震結構消能器包絡優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及建筑結構技術領域中的消能減震結構設計與分析技術，特別是設及一 種基于目標附加有效阻尼比的消能減震結構消能器包絡優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)建筑結構的抗震主要通過結構及構件在地震中出現(xiàn)損壞來消耗地震能量，而 結構及構件的嚴重損壞就是地震能量的轉換或者消耗過程。近年來，隨著我國地震頻發(fā)，導 致建筑結構遭受嚴重破壞，危害著人民生命及財產(chǎn)安全。由于目前對結構"硬抗"地震的機 制難W到達有效的控制要求，因此"軟抗"地震的方式一消能減震技術在建筑結構中逐漸廣 泛應用，它對復雜的建筑結構和生命線工程有著重大意義。
[0003] 消能減震技術是一種在建筑結構中設置消能器來耗散地震能量的被動控制技術。 消能減震結構包括主體結構和消能部件，消能部件由消能器和用于主體結構連接消能器的 構件組成。消能器通過內(nèi)部材料或與構件之間的摩擦，利用彈塑性滯回變形或黏(彈)性滯 回變形來耗散或吸收地震能量。簡而言之，消能減震技術就是在建筑主體結構的某些部位 設置消能器，通過其變形來耗散或吸收地震輸入結構的能量，W減小對主體結構的影響，從 而保護主體結構。常用的消能器有位移相關型消能器、速度相關型消能器和復合型消能器 等。
[0004] 消能減震結構的性能化設計是針對整體結構、局部結構、消能部件、關鍵部位、重 要構件、次要構件等設定相應的性能目標，根據(jù)設定的性能目標對消能減震結構進行分析 設計，而在消能減震結構設計中關鍵是要合理的選用和布置消能器，最大限度的發(fā)揮消能 器的耗能特性，衡量消能器耗能能力的性能指標就是其附加有效阻尼比。消能器的目標附 加有效阻尼比即是消能器的耗能性能目標，消能器的類型、選用數(shù)量、布置形式及布置位置 都會影響消能器整體耗能特性，進而影響其性能目標的實現(xiàn)。
[0005] 在消能減震結構的性能化設計中，消能器的選用和布置基本能滿足目標附加有效 阻尼比的要求，但往往存在消能部件類型選用不合理、數(shù)量使用過多、布置形式及位置不合 理的缺陷，W增加消能器的數(shù)量來換取其工作質(zhì)量，造成消能器在消能減震結構中處于低 效率的工作狀態(tài)，運就需要對消能器進行優(yōu)化設計，即選擇合理的消能器類型、確定其數(shù) 量、布置形式及位置，從而實現(xiàn)消能器抗震性能目標的技術和經(jīng)濟合理性。
[0006] 目前，現(xiàn)有的消能減震結構的性能化優(yōu)化設計采用的是基于位移性能目標的消能 器優(yōu)化設計方法，它基本W(wǎng)建筑主體結構的各樓層的層間位移或層間位移角作為性能目 標，從而對消能器進行優(yōu)化控制，設定多種消能器布置方案，使主體結構滿足并逐步逼近小 震、中震及大震設定的各級位移性能目標，從中確定一種消能器的布置方案。
[0007] 然而，運種消能減震結構的性能化優(yōu)化設計存在W下缺陷：
[000引（1)它從建筑主體結構的位移宏觀參數(shù)指標出發(fā)，其實質(zhì)目的是控制消能減震結構 的變形，消能器的優(yōu)化僅僅只是調(diào)整消能器的布置位置，很少設及甚至沒有對消能器的數(shù) 量和布置形式方面進行優(yōu)化，造成消能器在消能減震結構中處于低效率的工作狀態(tài)，雖然 能基本達到消能減震結構設計中消能器設計的技術性指標，但是無法滿足經(jīng)濟性指標。
[0009] 間它的實質(zhì)目的是控制消能減震結構的變形，因此，運種優(yōu)化方法只限于具有層 概念的多層及高層建筑，而并不適用于無絕對層概念的大型公共建筑，如大型體育場館、機 場、車站等，所W不能適用于所有的建筑形式。
[0010] 間它沒有從消能器本身的耗能特性出發(fā)，忽略了消能減震結構在地震作用時其結 構反應的變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，而僅是基于結構 位移參數(shù)進行消能器的優(yōu)化，如此，使得消能減震結構抗震性能目標技術和經(jīng)濟指標實現(xiàn) 的不夠充分，也未能體現(xiàn)消能器優(yōu)化的本質(zhì)特征，造成消能器的優(yōu)化效率低，且優(yōu)化效果不 明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種消能器選用和布置合理、降低造價成本、適用于具有 建筑結構層概念特點的多層、高層及超高層建筑形式、能夠實現(xiàn)消能減震結構設計中消能 器設計的技術性和經(jīng)濟性指標、提高消能器優(yōu)化效率的基于目標附加有效阻尼比的消能減 震結構消能器包絡優(yōu)化方法，W此作為分析設計人員對消能器設計的依據(jù)。
[0012] 本發(fā)明的目的通過如下的技術方案來實現(xiàn):一種基于目標附加有效阻尼比的消能 減震結構消能器包絡優(yōu)化方法，具體包括W下步驟：
[0013] (1)選定用于主體結構彈塑性時程分析的地震波；
[0014] 間設定主體結構罕遇地震作用時的消能減震結構性能目標和要求，對主體結構不 設置消能器，在第i條地震波的作用下，其中，i = l，2,3,…，n，n為地震波的數(shù)量，對主體結 構反復迭加附加有效阻尼比進行罕遇地震的彈塑性時程分析，直至迭加了附加有效阻尼比 后的主體結構在該條地震波作用時能夠滿足消能減震結構性能目標和要求，該迭加的附加 有效阻尼比即為對應于第i條地震波的目標附加有效阻尼比Caim(I);
[0015] 間對每條地震波作用時的目標附加有效阻尼比Caim(I)求均值，得到主體結構的目 標實際附加有效阻尼比Caim:
[0017] 式中：n為地震波的數(shù)量；
[0018] (4)初步確定消能器的類型、布置位置、形式及數(shù)量，并將消能器布置在主體結構中 形成消能減震結構；
[0019] 間在每條地震波的作用下，對消能減震結構進行罕遇地震的彈塑性時程分析：
[0020] ①若消能減震結構在第i條地震波作用時能夠滿足消能減震結構性能目標和要 求，轉入步驟做；
[0021] ②若消能減震結構在第i條地震波作用時不能滿足消能減震結構性能目標和要 求，調(diào)整消能器類型、布置位置、形式和數(shù)量，直至消能減震結構在該條地震波作用時能夠 滿足消能減震結構性能目標和要求，轉入步驟做；
[0022] 做計算第i條地震波作用時的消能器的附加有效阻尼比扣(1):
[002；3] Cew= 2max(Wcj(i))/[43T ? max(Ws(i))] 公式②
[0024] 式中：Cew為第i條地震波作用時消能器的附加有效阻尼比;Ww(I)為第j個消能部 件在第i條地震波作用時結構預期層間位移A UW)下往復循環(huán)一周所消耗的能量，取最大 滯回環(huán)面積;WsW為消能減震結構在第i條地震波作用時預期位移下的總應變能;max(WsW) 為消能減震結構在第i條地震波作用時預期位移下的最大總應變能；
[0025] 例對每條地震波作用時的消能器的附加有效阻尼比扣(1)求均值，得到消能器的實 際附加有效阻尼比Ca:
[0027]式中：n為地震波的數(shù)量；
[00%]腳比較消能器的實際附加有效阻尼比Ca和主體結構的目標實際附加有效阻尼比 Caim ：
[0029] ①若根據(jù)天然波計算所得的Ca<0.55Um;若根據(jù)人工波計算所得的Ca<0.8Um， 轉入步驟(9);
[0030] ②若根據(jù)天然波計算所得的Ca>l . 1 X0.55Um;若根據(jù)人工波計算所得的Ca>l . 1 X 0.8寫aim, 轉入步驟(10);
[0031 ]③若根據(jù)天然波計算得到:0.55Caim ^ Ca ^ 1 . 1 X 0.55Caim ;根據(jù)人工波計算得到： 0.8寫aim含寫a ^ 1 . 1 X 0.8寫aim,轉入步驟(Il);
[0032] 腳重新布置消能器并增加消能器的數(shù)量，重復步驟間~腳，直至根據(jù)天然波計算 得到：0.55寫aim ^寫a ^ 1 . 1 X 0.55寫aim,根據(jù)人工波計算得到：0.8寫aim ^寫a ^ 1 . 1 X 0.8寫aim,轉入 步驟(11);
[0033] (10)調(diào)整消能器的位置并減少消能器的數(shù)量，重復步驟間~腳，直至根據(jù)天然波計 算得到：0.55Caim ^ Ca ^ 1 . 1 X 0.55Caim,根據(jù)人工波計