[发明专利]基于框架结构的子结构的多层框架消能减震设计方法

说明书

本发明公开了一种基于框架结构的子结构的多层框架消能减震设计方法，包括步骤1、建立多层框架结构的等效缩阶模型；步骤2、基于多层框架结构的等效缩阶模型设计基于子结构的消能减震装置参数；步骤3、在有限元软件中，模拟验证所设计的消能减震装置的有效性；和步骤4、在真实结构的关键节点安装监测系统，基于震后数据对步骤1的模型进行模型更新，重复步骤2和步骤3，实现震后建筑功能的快速恢复。本发明的方法基于多目标优化设计基于子结构的控制参数，利用震后数据实现模型更新，可以避免因系统误差、观测误差或观测信息完备性不足导致的控制效率下降的问题，确保本方法的控制效果和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及土木工程的减隔震技术领域，具体地说，是关于一种基于框架结构的子结构的多层框架消能减震设计方法。

背景技术

传统的抗震/振强度体系和抗震/振延性体系难以解决结构安全性问题、结构功能丧失问题以及结构破坏问题，因此，在被动消极抗震/振方法的基础上，发展一类新 型防震/振技术体系(隔震、消能减振技术体系)十分必要。目前，常用的减/隔震结 构体系是在结构上增加减/隔震耗能装置以实现对结构震/振动的控制；例如：在结构 层间增加粘滞阻尼器、在结构模态敏感位置增加调谐质量阻尼器、在结构基础或层间 设置支座等。在上述应用中，被动消能减震装置主要起到消耗地震能量、减少结构损 伤的作用；将该机制引入巨型-子结构设计中，形成了一种基于减振子结构的巨型框 架结构体系。而对于普通剪切型多层框架结构，屋顶绿化等非结构构件或设施也属于 框架结构的子结构；因此，针对这一类结构，发展具有子结构减振功能的减震技术具 有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术所存在的缺陷，从而提供一种基于框架结构的子结构的多层框架消能减震设计方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于框架结构的子结构的多层框架消能减震设计方法，所述框架结构的子结构包括多层框架结构，位于所述多层框架结构上的环状矮墙，底部借助摩擦型支座放 置于所述环状矮墙内的子结构，设置于所述环状矮墙内壁上的一层或多层碰撞耗能材 料，以及设置于所述环状矮墙内壁上的若干个立方刚度非线性弹簧；

所述多层框架消能减震设计方法包括以下步骤：

步骤1、建立多层框架结构的等效缩阶模型；

步骤2、基于多层框架结构的等效缩阶模型设计基于子结构的消能减震装置参数；

步骤3、在有限元软件中，模拟验证所设计的消能减震装置的有效性；

步骤4、在真实结构的关键节点安装监测系统，基于震后数据对步骤1的模型进 行模型更新，重复步骤2和步骤3，实现震后建筑功能的快速恢复。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤1.1、建立多层框架的有限元模型，计算在不同地震波作用下结构的动力响应；

步骤1.2、地震作用下，建立多层框架的有限元模型的等效缩阶模型，即多自由 度系统的基本运动方程:

根据缩阶模型得到框架的状态空间方程：

其中：Z表示系统的状态量，表示系统的观测量表示系统状态的相对量；为绝对加速度；

状态矩阵和观测矩阵分别为：

在所述状态空间方程中，地震动为状态空间方程的输入，结构响应为状态空 间方程的输出状态空间方程输入至输出的传递函数关系由缩阶模型的质量参数、 刚度参数和阻尼参数确定。