一種以附加阻尼比為約束條件的粘滯阻尼器優(yōu)化設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種粘滯阻尼器優(yōu)化設計方法，尤其是涉及一種以附加阻尼比為約束 條件的粘滯阻尼器優(yōu)化設計方法。
【背景技術】
[0002] 隨著超高層建筑高度的不斷增加，結(jié)構整體抗側(cè)剛度相對較小，結(jié)構在水平荷載 (50年一遇風荷載和小震)下的剛度問題成為超高層建筑設計的關鍵問題。
[0003] 對于超高層建筑而言，通過傳統(tǒng)的增大結(jié)構抗側(cè)構件的截面尺寸來提高結(jié)構的剛 度性能顯然是非常不經(jīng)濟的。伴隨著我國消能減震技術的快速發(fā)展，結(jié)構工程師越來越傾 向于通過采用消能減震技術來進行結(jié)構抗風設計和結(jié)構抗震設計。粘滯阻尼器是一種無剛 度、速度相關型粘滯阻尼器，在風和地震荷載作用下，粘滯流體通過阻尼孔或阻尼間隙并帶 有一定速度的流向另一側(cè)而產(chǎn)生阻尼力，從而耗散輸入結(jié)構的能量。粘滯阻尼器在小變形 下便進入耗能狀態(tài)，具有較強的耗能能力，且既能抗風又能抗震，不但可以提高結(jié)構的附加 阻尼比性能，還能通過提供附加阻尼的方式提高結(jié)構在風和地震作用下的剛度性能。
[0004] 目前，粘滯阻尼器的布置位置主要是根據(jù)建筑要求及消能裝置的布置原則來確定 的，一般將粘滯阻尼器布置在建筑容許且層間相對變形或者層間相對速度相對較大的樓 層。然而，此種布置方式存在很多不合理之處:一是層間變形由彎曲變形和剪切變形兩部分 組成，但實際上只有剪切變形才能引起粘滯阻尼器產(chǎn)生軸向相對變形；二是即便將粘滯阻 尼器布置在同一樓層的不同位置，其耗能效率也是不相同的；三是在同一樓層布置多個粘 滯阻尼器之后，粘滯阻尼器之間、粘滯阻尼器與主體結(jié)構之間會相互影響，在原結(jié)構剪切變 形較大的位置布置粘滯阻尼器可能其效率會變得較低。粘滯阻尼器的布置數(shù)量和阻尼系數(shù) 的取值則是通過反復試算的方式來最終確定的，效率較低，經(jīng)濟性也不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種以附加阻尼比 為約束條件的粘滯阻尼器優(yōu)化設計方法，該方法能夠求得滿足50年一遇風或小震時程波下 粘滯阻尼器提供的附加阻尼比、中震下粘滯阻尼器的最大出力和50年一遇風下粘滯阻尼器 的最大功率約束條件下粘滯阻尼器的最優(yōu)布置位置、最少布置數(shù)量與最小阻尼系數(shù)，對于 指導工程實踐具有重要意義。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):一種以附加阻尼比為約束條件的粘 滯阻尼器優(yōu)化設計方法，用于優(yōu)化粘滯阻尼器的位置、數(shù)量及阻尼系數(shù)，包括以下步驟：
[0007] (1)確定粘滯阻尼器的可布位置及最大布置數(shù)量Nmax并分組；
[0008] (2)確定粘滯阻尼器的布置方式及相應的幾何參數(shù)；
[0009] (3)設i為迭代次數(shù)，并令i = 0,當粘滯阻尼器數(shù)量N(i)=0時，設50年一遇風或小 震時程波下粘滯阻尼器提供的附加阻尼比ξ(υ=〇;
[0010] (4)令i = l，計算當粘滯阻尼器數(shù)量N(i)=Nmax時，50年一遇風或小震時程波下粘 滯阻尼器提供的附加阻尼比ξ(υ、中震下粘滯阻尼器的最大出力F(i)和50年一遇風下粘滯 阻尼器的最大功率P(i)，并設定初始阻尼系數(shù)C(i)=CQ，C〇為阻尼系數(shù)的初始值，是一常數(shù)；
[0011] (5)令i = 2,調(diào)整阻尼系數(shù)，然后計算粘滯阻尼器數(shù)量N(i)=Nmax時，50年一遇風或 小震時程波下粘滯阻尼器提供的附加阻尼比Ui)、中震下最大出力F(i)和50年一遇風下粘 滯阻尼器的最大功率P(i)，如果Ui) 2 [ξ]，則轉(zhuǎn)步驟(6)，否則，優(yōu)化結(jié)束，其中[ξ]為50年 一遇風或小震時程波下附加阻尼比限值；
[0012] (6)令循環(huán)變量k=l，不滿足附加阻尼比約束條件的粘滯阻尼器數(shù)量下限值A(k) =0,滿足附加阻尼比約束條件的粘滯阻尼器數(shù)量上限值B(k)=N(i)，迭代次數(shù)指標m=l， 約束狀態(tài)參數(shù)flag = 0,估算滿足附加阻尼比約束條件所需的粘滯阻尼器數(shù)量λ(1〇;
[0013] (7)對粘滯阻尼器排序并篩選粘滯阻尼器，如果實際篩選出的粘滯阻尼器的數(shù)量η = N(i)，則令flag = 0,轉(zhuǎn)步驟(8)，否則保持阻尼系數(shù)不變，并轉(zhuǎn)步驟(9);
[0014] (8)采用線性插值法分別計算滿足附加阻尼比、最大出力、最大功率約束條件的阻 尼系數(shù)，并確定其中的最小值(^";
[0015] (9)判斷是否滿足優(yōu)化結(jié)束條件，如果是，則優(yōu)化結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)步驟(10);
[0016] (10)令i = i + l，k = k+l，將步驟(7)中篩選的粘滯阻尼器布置在建筑結(jié)構上，并計 算50年一遇風或小震時程波下粘滯阻尼器提供的附加阻尼比|(i)、中震下粘滯阻尼器的最 大出力F( i)及50年一遇風下粘滯阻尼器的最大功率P( i);
[0017] (11)估算滿足附加阻尼比約束條件的粘滯阻尼器數(shù)量并轉(zhuǎn)步驟(7)。
[0018] 所述的步驟（1)中分組的過程具體為：按照對稱性的原則，將粘滯阻尼器分別沿X 向和Y向分組，分組時將同一區(qū)格或關于結(jié)構中軸對稱的兩個粘滯阻尼器分為一組，同組粘 滯阻尼器同時添加，同時刪除。
[0019] 所述的布置方式包括對角布置、人字形布置、跨層布置、剪刀式布置、肘節(jié)式布置 和豎向布置等，這些布置方式的唯一區(qū)別在于不同的布置方式相應的幾何參數(shù)不同。所謂 的幾何參數(shù)是指確定粘滯阻尼器布置形式的參數(shù)，如對角布置和跨層布置時阻尼桿兩端的 坐標，剪刀式布置和肘節(jié)式布置支撐桿的角度和長度等。
[0020] 所述的步驟(5)中調(diào)整阻尼系數(shù)具體為:根據(jù)式(1)調(diào)整阻尼系數(shù)，
[0022] 其中，C'o為調(diào)整后的阻尼系數(shù)，[F]為中震下粘滯阻尼器的最大出力的限值，[P] 為50年一遇風下粘滯阻尼器最大功率的限值。
[0023] 所述的步驟(6)中：根據(jù)式（2)估算滿足附加阻尼比條件所需要的粘滯阻尼器數(shù) 量：
[0025]所述的步驟(7)具體為:計算50年一遇風荷載或小震時程波下每一組粘滯阻尼器 的平均耗能，按照平均耗能分別對X向和Y向的粘滯阻尼器排序，然后從B(k)個粘滯阻尼器 中篩選出至少ceil(A(k)/2)個分別沿X向和Y向布置的粘滯阻尼器，如果實際篩選出的粘滯 阻尼器的數(shù)量n = N(i)，則令flag = 0,轉(zhuǎn)步驟(8)，否則令以1+1)=以1)，轉(zhuǎn)步驟(9)。
[0026]所述的平均耗能的計算方式如下：
[0027] 如果以50年一遇風荷載下附加阻尼比為約束條件，平均耗能=50年一遇風荷載下 各組粘滯阻尼器的總耗能/本組粘滯阻尼器數(shù)量；
[0028] 如果以小震下附加阻尼比為約束條件，當輸入3條小震波時，平均耗能=附加阻尼 比計算值最小的小震波下各組粘滯阻尼器的總耗能/本組粘滯阻尼器數(shù)量；當輸入7條小震 波時，平均耗能=各組粘滯阻尼器在7條小震波下的總耗能/7/本組粘滯阻尼器數(shù)量。
[0029]所述的步驟(8)具體為：
[0030] (801)統(tǒng)計歷次迭代的粘滯阻尼器數(shù)量與本次迭代的粘滯阻尼器數(shù)量相同的個 數(shù)，如果相同的個數(shù)為1，則執(zhí)行步驟(802)，并轉(zhuǎn)步驟(804);否則，執(zhí)行步驟(803);
[0031] (802)按照式(5a)、式（5b)及式(5c)計算滿足附加阻尼比、最大出力、最大功率約 束條件的阻尼系數(shù)
[0035] (803)按照式(6a)、式(6b)及式(6c)計算滿足附加阻尼比、最大出力、最大功率約 束條件的阻尼系數(shù)
[0039] (804)取&，C2，C3三個值的最小值C min作為新的阻尼系數(shù)；
[0040] 其中，[F]為中震下粘滯阻尼器的最大出力的限值，[P]為50年一遇風下粘滯阻尼 器最大功率的限值。
[0041] 所述的步驟(9)具體為:如果滿足①②③中的任意一個條件，則優(yōu)化結(jié)束，否則轉(zhuǎn) 步驟(10)，
[0044] ③迭代次數(shù)超過設定最大迭代次數(shù)，
[0045] 其中，[F]為中震下粘滯阻尼器的最大出力的限值，[P]為50年一遇風下粘滯阻尼 器最大功率的限值。
[0046] 所述的步驟(11)具體為:如果滿足條件
，則令A(k)=A(k_l)，B(k) = N(i)，m=j，其中，j滿足條件N(j)=A(k)(j = l，2,3~i)，并按照式⑵估算滿足附加阻尼比 要求的粘滯阻尼器數(shù)量λ(1〇，并轉(zhuǎn)步驟(7);
[0047] 如果滿足條件④且滿足條件⑤或⑥中的任意一個，或者僅滿足條件⑦，則令flag = flag+l，A(k) =N(i)，B(k)=N(m)，m= j，其中，j取在 N( j)>N(i)( j =