[发明专利]运用颗粒阻尼技术提升结构抗倒塌能力的优化设计方法

摘要

本发明涉及一种运用颗粒阻尼技术提升结构抗倒塌能力的优化设计方法，(1)对框架结构建立初始模型；(2)确定一个或多个对结构受力起重要作用的部位；(3)依据拆除构件法，选择一个部位做失效处理，运用有限元软件对剩余结构进行分析，验算其是否满足抗倒塌要求；(4)若步骤(3)中结构发生了倒塌，则该构件视为关键部位，并分析此时结构的受力状态；(5)对步骤(2)中确定的其余部位重复步骤(3)‑(4)，并进行倒塌评估；(6)结合颗粒阻尼技术与传统抗倒塌设计，对结构的关键部位进行优化设计，对加强后的结构再次进行验算。本发明在传统拆除构件设计法增强构件强度的基础上，运用颗粒阻尼技术减小结构响应、节约成本，为提升结构抗倒塌能力的设计提供了一种优化方法。

主权项

1.一种运用颗粒阻尼技术提升结构抗倒塌能力的优化设计方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）：根据现行规范及既定条件，运用有限元软件对框架结构的梁、柱及板进行常规的截面尺寸及配筋设计，得到初始模型的框架结构；（2）：根据结构体系及结构布置确定一个或多个对步骤（1）得到的框架结构受力起重要作用的部位；根据现代结构设计中存在较多的不规则结构，且灾害调查显示框架结构遭遇地震或者恐怖袭击意外因素时，首先出现破坏的多为竖向受力构件，采用传统的拆除构件法沿建筑的外围护对框架结构的长边中柱、短边中柱及角柱逐一拆除；传统“拆除构件法”的抗倒塌设计通过增加剩余构件的截面尺寸、材料强度来提升结构的抗力从而避免倒塌，考虑设置“二道防线”，增强结构的冗余度，提供有效的备用传力路径；如果一个构件无法找到替代路径，则应设计使其具有足够的强度，能在一定程度上抵御意外荷载作用；（3）：依据传统的拆除构件法，选择具体一个部位做失效处理，运用有限元软件对剩余结构进行分析，验算其是否满足正常使用荷载、偶发荷载或灾难荷载下的抗倒塌要求；（4）：若步骤（3）中剩余结构发生了倒塌，则该构件视为结构抗倒塌的关键部位，并分析在此部位失效状态下框架结构的受力状态，探索倒塌机理；（5）：对步骤（2）中确定的框架结构其余部位重复步骤（3）-（4），得到其余每个部位处于失效状态后的结构响应，并对其进行倒塌评估；（6）：结合颗粒阻尼技术与传统抗倒塌设计，综合考虑结构抗倒塌能力的提升与成本问题，进行结构抗倒塌的优化设计，对加强后的框架结构再次进行验算；结合颗粒阻尼技术是在框架结构上附加质量式被动阻尼器，即将装有金属或其他材料颗粒的容器附着在框架结构振动较大的部位，若为多自由度结构，在顶层附加颗粒阻尼器的结构的控制方程为： （1）M，C，K分别为质量、阻尼和刚度矩阵；，，Ｘ分别为加速度、速度和位移矩阵；E为惯性质量矩阵；为地面加速度；F为颗粒对结构的接触力向量，这也是颗粒与主体结构之间的联系纽带，颗粒阻尼技术利用颗粒之间以及颗粒与容器壁之间的非弹性碰撞和摩擦来消耗系统振动能量，颗粒阻尼器消耗外界输入的能量，有效抑制结构的振动，将颗粒阻尼器布置在结构响应较大并直接影响结构倒塌的关键部位，有效抑制其在动力荷载下的响应，从而提升结构的抗倒塌能力。