[發明專利]一種用于三相鄰建筑結構的粘滯阻尼器設計方法

在審

• 申請號: 202011188970.0
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN114444154A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 孫黃勝;劉祺暉;申孟杰
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;E04H9/02;E04B1/98;G06F119/14
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1.一種用于三相鄰建筑結構的減震設計方法，包括下述步驟：

(1)第一階段：確定結構動力特性特征參數及相互關系。

(1.1)確定結構動力特性參數

通過模態分析，得到三個相鄰結構單體(依次為結構A、B、C)的動力特性參數，即結構A、B、C各自的等效總質量M₁、M₂和M₃；第一自振圓頻率ω₁、ω₂和ω₃。

(1.2)確定三相鄰結構動力特性參數比值關系

三相鄰結構之間的頻率比：結構B與結構A的頻率比為β₂₁＝ω₂/ω₁；結構C與結構B的頻率比為β₃₂＝ω₃/ω₂；則有結構C與結構A的頻率比為β₃₁＝ω₃/ω₁＝β₂₁β₃₂。

三相鄰結構之間的質量比：結構B與結構A的質量比為μ₂₁＝M₂/M₁；結構C與結構B的質量比為μ₃₂＝M₃/M₂；則有結構C與結構A的質量比為μ₃₁＝M₃/M₁＝μ₂₁μ₃₂。

(2)第二階段：確定三相鄰結構組合工況。

根據三相鄰建筑結構的第一自振圓頻率和等效總質量的相對大小，確定三結構組合工況。共分為以下7種組合工況，即結構工況①～工況⑦。

工況①：結構A較柔(自振頻率低)，結構B、C相同且較剛(自振頻率高)；

工況②：結構A較剛，結構B、C相同且較柔；

工況③：結構A、C相同且較剛，結構B較柔；

工況④：結構A、C相同且較柔，結構B較剛；

工況⑤：結構A、B、C逐漸剛度增大；

工況⑥：結構A最柔，結構B最剛，結構C居中；

工況⑦：結構A最剛，結構B最柔，結構C居中。

根據三相鄰結構的第一自振圓頻率相對大小(比值)，即確定了屬于哪一種組合工況。(3)第三階段：確定地震作用時的減震控制目標。

三相鄰結構間連接阻尼器實現減震目的，但不同建筑物功能、重要性可能不同，選定的連接參數亦不能同時使三結構減震效果同時達到最優，因此可根據4個不同減震控制目標來確定阻尼器參數。

控制目標I：使建筑結構A的平均相對振動能量最小；

控制目標II：使建筑結構B的平均相對振動能量最小；

控制目標III：使建筑結構C的平均相對振動能量最小；

控制目標IV：使三個結構(A、B及C)總平均相對振動能量最小。

(4)第四階段：確定三相鄰結構間連接的線性粘滯阻尼器的阻尼系數和布置方法步驟。

(4.1)確定左、右連接阻尼參數

三相鄰結構中，設結構A與結構B之間連接(左連接)阻尼系數為c₀₁，其名義阻尼比為ξ₀₁＝c₀₁/(2M₂ω₂)；結構B與結構C之間連接(右連接)阻尼系數為c₀₂，其名義阻尼比為ξ₀₂＝c₀₂/(2M₂ω₂)。按表1～表3確定連接阻尼比ξ₀₁和ξ₀₂，即可確定左、右連接的阻尼系數值c₀₁＝2M₂ω₂ξ₀₁，c₀₂＝2M₂ω₂ξ₀₂。

(4.2)確定沿樓層高度方向布置阻尼器參數

分別確定了左、右連接粘滯阻尼器總阻尼系數值之后，再根據三相鄰結構的樓層數分別確定左、右連接裝置數目n₁和n₂，將總阻尼系數值平均分配至各處，即各阻尼器的粘滯阻尼系數為：c_01i＝c₀₁/n₁，c_02i＝c₀₂/n₂。

表1左、右連接處的最優連接阻尼比

表2左、右連接處的最優連接阻尼比(結構A、C對稱)

表3左、右連接處的最優連接阻尼比(三任意結構)

。

2.如權利要求1所述的用于三相鄰建筑結構的減震設計方法，其特征在于：所述確定控制目標步驟中，建筑結構A(或B、C)的等效總質量M₁(或M₂、M₃)和結構的第一自振圓頻率ω₁(或ω₂、ω₃)依據下述過程求得：

(1)計算各建筑結構的等效總質量

M_j＝0.85(m₁+m₂+…+m_n)(j＝1,2,3表示結構A、B、C)

(2)計算質量矩陣M和剛度矩陣K

其中，m_i為結構A(或B、C)的第i層的質量(重力荷載代表值對應的質量)，k_i為該結構第i層的層間剛度(i＝1,2,3,…,n)，n為該結構的總層數；

(3)計算塔樓結構的自振頻率

根據方程|K-ω²M|＝0，解出n個自振圓頻率，其中最小的自振頻率即為第一階自振圓頻率ω_j(j＝1,2,3對應于結構A、B、C)。