[发明专利]基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器综合优化方法

说明书

本发明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综合优化方法，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ξ_aim；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ξ_a，比较ξ_a和ξ_aim，直至根据天然波计算得到：0.65ξ_aim≤ξ_a≤1.1×0.65ξ_aim；根据人工波计算得到：0.8ξ_aim≤ξ_a≤1.1×0.8ξ_aim。本发明实现消能减震结构设计中消能器选用和布置的合理性，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。

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域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综合优化方法。

背景技术

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。