專利名稱：一種用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法
一種用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)所使用的阻尼器設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)背景
現(xiàn)代城市中人口密集而土地有限，導(dǎo)致相鄰建筑結(jié)構(gòu)之間的間距可能過小。因建筑造型、使用功能等方面的需要，許多高層建筑物都設(shè)計(jì)成由多個(gè)子結(jié)構(gòu)組成的主-從結(jié)構(gòu)。因此在很多情況下，兩相鄰建筑結(jié)構(gòu)之間的間距十分有限，當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，彼此發(fā)生碰撞的可能性很大。如在1985年墨西哥城大地震中，在被調(diào)查的330棟嚴(yán)重?fù)p傷或倒塌的建筑中，超過40%發(fā)生了碰撞，總數(shù)的15%發(fā)生了倒塌。在1977年的Romania地震、1994年 Northridge地震、1999年Turkey地震和2008年汶川地震中，均曾觀測(cè)到相鄰結(jié)構(gòu)之間的碰撞。因此，有效地防止間隔很近的相鄰建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下發(fā)生碰撞，對(duì)于保證這些建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性具有重要意義。
粘彈性阻尼器可以減小地震或風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。采用粘彈性阻尼器來連接相鄰建筑結(jié)構(gòu)組成振動(dòng)控制體系，利用相鄰建筑結(jié)構(gòu)間的相互作用耗能，這樣既能吸收一部分地震能量，又可以避免建筑結(jié)構(gòu)間的碰撞。振動(dòng)控制體系中最重要的部分是粘彈性阻尼器的設(shè)計(jì)。粘彈性阻尼器常采用Kelvin模型來模擬，有兩個(gè)重要的參數(shù)，即阻尼器的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)。因此，粘彈性阻尼器的設(shè)計(jì)中確定合適的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)又是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。如果選取恰當(dāng)，就能夠起到較好的耗能減震效果；如果選取不當(dāng)，如剛度系數(shù)或阻尼系數(shù)過大，則會(huì)改變?cè)Y(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，帶來一定的負(fù)面影響，導(dǎo)致地震波輸入能量加大以及結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)阻尼器的剛度和阻尼系數(shù)確定好以后，就可以根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)制作出符合要求的阻尼器了。現(xiàn)有的相鄰結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制體系的阻尼器的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)都是通過繁瑣的參數(shù)化研究得到的，需要對(duì)采取不同阻尼器參數(shù)的相鄰結(jié)構(gòu)體系樣本進(jìn)行動(dòng)力分析，提取控制性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)指標(biāo)，然后進(jìn)行比較分析得到阻尼器的優(yōu)化參數(shù)值，但是這種參數(shù)化研究過程不具有通用性。
因此，需要通用的解析表達(dá)式來幫助工程師們選擇阻尼器的優(yōu)化剛度和阻尼系數(shù)，這對(duì)于相鄰結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制體系的應(yīng)用推廣非常必要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有阻尼器設(shè)計(jì)方法繁瑣、不具有通用性的問題，使得粘彈性阻尼器的設(shè)計(jì)方便快捷。
下文中，粘彈性阻尼器水平安裝，粘彈性阻尼器兩端分別連接一座建筑結(jié)構(gòu)樓板處，因此兩座相鄰建筑結(jié)構(gòu)需要具有對(duì)應(yīng)樓層相同標(biāo)高的樓板。
本發(fā)明的一種用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法，包括下述步驟
(1)確定控制目標(biāo)步驟
對(duì)于兩座相鄰建筑結(jié)構(gòu)，在對(duì)應(yīng)樓層相同標(biāo)高樓板處水平設(shè)置粘彈性阻尼器，連接相鄰建筑結(jié)構(gòu)，確定兩座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率和總質(zhì)量％，j = 1、2 ；第一控制目標(biāo)是使其中一座建筑結(jié)構(gòu)的平均相對(duì)振動(dòng)能量最小，則將作為控制目標(biāo)的一座建筑結(jié)構(gòu)作為第一座建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)步驟O)；第二控制目標(biāo)是使兩座建筑結(jié)構(gòu)總的平均相對(duì)振動(dòng)能量最小，則將其中自振頻率較大的結(jié)構(gòu)作為第一座建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)步驟(3)；
(2)第一控制目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)計(jì)算步驟
計(jì)算第二座建筑結(jié)構(gòu)與第一座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率比β = ω2/ωι，第一座建筑結(jié)構(gòu)與第二座建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量比μ =M1ZiM2;其中，ωρ ω2分別為第一座建筑結(jié)構(gòu)和第二座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率，Μ”Μ2分別為第一座建筑結(jié)構(gòu)和第二座建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量；
當(dāng)β彡1時(shí)，剛度參數(shù)β。pt與阻尼參數(shù)Aopt為
權(quán)利要求
1.一種用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法，包括下述步驟(1)確定控制目標(biāo)步驟對(duì)于兩座相鄰建筑結(jié)構(gòu)，在對(duì)應(yīng)樓層相同標(biāo)高樓板處水平設(shè)置粘彈性阻尼器，連接相鄰建筑結(jié)構(gòu)，確定兩座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率ω」和總質(zhì)量Mp j = 1、2 ；第一控制目標(biāo)是使其中一座建筑結(jié)構(gòu)的平均相對(duì)振動(dòng)能量最小，則將作為控制目標(biāo)的一座建筑結(jié)構(gòu)作為第一座建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)步驟O)；第二控制目標(biāo)是使兩座建筑結(jié)構(gòu)總的平均相對(duì)振動(dòng)能量最小，則將其中自振頻率較大的結(jié)構(gòu)作為第一座建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)步驟(3)；(2)第一控制目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)計(jì)算步驟計(jì)算第二座建筑結(jié)構(gòu)與第一座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率比β = ω2/ωι，第一座建筑結(jié)構(gòu)與第二座建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量比μ =M1ZiM2;其中，ωι、ω2分別為第一座建筑結(jié)構(gòu)和第二座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率，Μ”Μ2分別為第一座建筑結(jié)構(gòu)和第二座建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量；當(dāng)β彡1時(shí)，剛度參數(shù)β。pt與阻尼參數(shù)Δ。pt為沖-礦)Λ M2) ι —“。。t_7I^，。。t_2(l + /^(l + /^ +廣)；當(dāng)β > 1時(shí)，剛度參數(shù)β。pt與阻尼參數(shù)Aopt為β -0 A - ,-1Popt ’ ovt~ 2{\ + μ)\μ + β2 ；轉(zhuǎn)步驟⑷；(3)第二控制目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)計(jì)算步驟計(jì)算第二座建筑結(jié)構(gòu)與第一座建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率比β = ω2/ωι，第一座建筑結(jié)構(gòu)與第二座建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量比μ =M1Z^M2;當(dāng)μ < 1時(shí)，剛度參數(shù)β。pt與阻尼參數(shù)Δ。pt為X-R2 (1 + "2)^ β =0 A = “~ ,-‘—^-^ ‘。" 2(1 +著 + 纊);當(dāng)μ彡ι時(shí)，剛度參數(shù)β。pt與阻尼參數(shù)Δ。pt為 (Μ-Ι)( ~β2) Λ -(l + Mf , °Pt 2( + μ)Ρ + μ)(μ + βη ；轉(zhuǎn)步驟⑷；(4)剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)計(jì)算步驟粘彈性阻尼器的剛度系數(shù)kd。pt與阻尼系數(shù)cd。pt為kdopt = ^opt" I2M1, Cdopt = 2 Δ -M1 ω i ；所述優(yōu)化剛度系數(shù)kd。pt和優(yōu)化阻尼系數(shù)cd。pt是指連接相鄰建筑結(jié)構(gòu)的所有粘彈性阻尼器的系數(shù)和，每一層粘彈性阻尼器的剛度系數(shù)為kd。pt/N，阻尼系數(shù)為cd。pt/N，其中N為安裝粘彈性阻尼器的總樓層數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述確定控制目標(biāo)步驟中，建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量^和建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率0^_依據(jù)下述過程求得(1)計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量 Mj = Hi^rn2+*** +mn，(2)計(jì)算質(zhì)量矩陣M和剛度矩陣K
全文摘要
一種用于相鄰建筑結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼器設(shè)計(jì)方法，屬于建筑結(jié)構(gòu)所使用的阻尼器設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有阻尼器設(shè)計(jì)方法繁瑣、不具有通用性的問題。本發(fā)明包括(1)確定控制目標(biāo)步驟；(2)第一控制目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)計(jì)算步驟；(3)第二控制目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)計(jì)算步驟；(4)阻尼器剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)計(jì)算步驟。本發(fā)明方便快捷，僅利用兩座相鄰建筑結(jié)構(gòu)的第一階自振頻率和總質(zhì)量，便可采用通用解析表達(dá)式確定出粘彈性阻尼器最優(yōu)的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)，能夠很方便的幫助工程師們選擇阻尼器的參數(shù)值，從而再根據(jù)此參數(shù)值來制作符合要求的阻尼器，對(duì)于相鄰結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制體系的應(yīng)用推廣具有重要的意義。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102535673SQ20121003701
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者朱宏平, 閤東東, 黃瀟 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)