[发明专利]消能减震结构消能器附加有效阻尼比的取值方法-时变法

说明书

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，特别是涉及一种消能减震结构消能器附加有效阻尼比的取值方法-时变法。

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，消能减震技术就是通过在建筑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。

在消能减震结构设计中，关键是要充分发挥消能器的耗能特性，这就要求合理选用和布置消能器，而衡量消能器耗能能力的技术指标就是消能器的附加有效阻尼比。我国《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）给出了消能器附加有效阻尼比的确定原则及原理，它是从能量角度出发，附加有效阻尼比采用消能器在地震作用下产生形变所吸收的能量与设置消能器后建筑结构总地震变形能的比值来表征，其估算公式为：

ξ_a＝∑W_cj/(4πW_s)   (公式1)

式中：ξ_a为消能器的附加有效阻尼比；W_cj为第j个消能器在结构预期层间位移Δu_j下往复循环一周所消耗的能量；W_s为设置消能器的结构在预期位移下的总应变能。

不计扭转影响时，消能减震结构在水平地震作用下的总应变能W_s，可按下式估算：W_s＝(1/2)∑F_iu_i   (公式2)

式中：F_i为质点i的水平地震作用标准值，u_i为质点i对应水平地震作用标准值的位移。

位移相关型和速度非线性相关型消能器在水平地震作用下往复一周所消耗的能量，可按下式估算：

W_cj＝A_j   (公式3)

式中：A_j为第j个消能器的恢复力滞回环在相对水平位移Δu_j时的面积。

可见，采用合理可靠的取值计算方法计算消能器的附加有效阻尼比是衡量消能减震结构中消能器选用及布置得当的依据，然而，《抗规》中并未给出附加有效阻尼比的具体取值计算方法，尤其是消能减震结构在弹塑性时程分析后如何从纷繁的数据中选择恰当的部分也并未给出相关教导。而《建筑消能减震技术规程》JGJ297-2013中消能器附加有效阻尼比的取值计算方法也仅仅提到了包络的计算方法—包络法：

(1)在消能减震结构的弹塑性时程分析中，计算消能减震结构在预期位移下的总应变能，即是主体结构的各楼层假定为刚性楼板的情况下，从有限元软件中提取各楼层层间剪力最大值作为其F_i值，各楼层层间位移最大值作为u_i，根据公式2计算出Ws值；

(2)第j个消能器的恢复力滞回环在相对水平位移Δu_j时的面积为A_j，提取滞回曲线有限元分析数据，并计算其最大滞回圈面积即为A_j，通过求和得到∑W_cj；

(3)由以上得出的Ws和∑W_cj，根据公式1计算得到消能器的附加有效阻尼比。