基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器包络优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及建筑结构技术领域中的消能减震结构设计与分析技术，特别是设及一 种基于目标附加有效阻尼比的消能减震结构消能器包络优化方法。
【背景技术】
[0002] 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W到达有效的控制要求，因此"软抗"地震的方式一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。
[0003] 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，W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。
[0004] 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。
[0005] 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，W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，运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。
[0006] 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W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。
[0007] 然而，运种消能减震结构的性能化优化设计存在W下缺陷：
[000引（1)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，很少设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。
[0009] 间它的实质目的是控制消能减震结构的变形，因此，运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W不能适用于所有的建筑形式。
[0010] 间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。
【发明内容】
[0011] 本发明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 震结构消能器包络优化方法，W此作为分析设计人员对消能器设计的依据。
[0012] 本发明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 减震结构消能器包络优化方法，具体包括W下步骤：
[0013] (1)选定用于主体结构弹塑性时程分析的地震波；
[0014] 间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 = l，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Caim(I);
[0015] 间对每条地震波作用时的目标附加有效阻尼比Caim(I)求均值，得到主体结构的目 标实际附加有效阻尼比Caim:
[0017] 式中：n为地震波的数量；
[0018] (4)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；
[0019] 间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：
[0020] 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，转入步骤做；
[0021] 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，转入步骤做；
[0022] 做计算第i条地震波作用时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为第i条地震波作用时消能器的附加有效阻尼比;Ww(I)为第j个消能部 件在第i条地震波作用时结构预期层间位移A UW)下往复循环一周所消耗的能量，取最大 滞回环面积;WsW为消能减震结构在第i条地震波作用时预期位移下的总应变能;max(WsW) 为消能减震结构在第i条地震波作用时预期位移下的最大总应变能；
[0025] 例对每条地震波作用时的消能器的附加有效阻尼比扣(1)求均值，得到消能器的实 际附加有效阻尼比Ca:
[0027]式中：n为地震波的数量；
[00%]脚比较消能器的实际附加有效阻尼比Ca和主体结构的目标实际附加有效阻尼比 Caim ：
[0029] ①若根据天然波计算所得的Ca<0.55Um;若根据人工波计算所得的Ca<0.8Um， 转入步骤(9);
[0030] ②若根据天然波计算所得的Ca>l . 1 X0.55Um;若根据人工波计算所得的Ca>l . 1 X 0.8写aim, 转入步骤(10);
[0031 ]③若根据天然波计算得到:0.55Caim ^ Ca ^ 1 . 1 X 0.55Caim ;根据人工波计算得到： 0.8写aim含写a ^ 1 . 1 X 0.8写aim,转入步骤(Il);
[0032] 脚重新布置消能器并增加消能器的数量，重复步骤间~脚，直至根据天然波计算 得到：0.55写aim ^写a ^ 1 . 1 X 0.55写aim,根据人工波计算得到：0.8写aim ^写a ^ 1 . 1 X 0.8写aim,转入 步骤(11);
[0033] (10)调整消能器的位置并减少消能器的数量，重复步骤间~脚，直至根据天然波计 算得到：0.55Caim ^ Ca ^ 1 . 1 X 0.55Caim,根据人工波计