CN105373639B - 施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，包括：建立标准三维固体模型，标准三维固体模型包括弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，弹簧K2与弹簧K3*串联后与弹簧K1并联并共同支撑质点；把弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器，则标准三维固体模型变换得到模拟带粘滞阻尼器结构模型；基于模拟带粘滞阻尼器结构模型，在复数空间上进行运算，得到附加阻尼比算法；对附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法；通过最大附加阻尼比算法计算得到最大阻尼比。此外，还提供了一种施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统。采用本方案能够明显减少误差，满足工程精度的要求，而不需要真正的施加粘滞阻尼器在高层建筑结构中试算。
Description
技术领域
本发明涉及结构设计领域，特别涉及一种施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法及系统。
背景技术
在结构设计领域，包括民建机构、工建结构、桥梁结构等结构设计。当上述工程结构设计应用在地震带处，尤其是高烈度区的地震带时，高层或超高层结构的设计主要由地震控制，传统的设计则以“抗”为主的设计方法，不仅材料用量大、造价高，而且构件截面尺寸“傻大黑粗”，影响建筑的使用。因此，在此类建筑结构中都会施加阻尼器，例如粘(弹)性阻尼器、流体阻尼器，施加阻尼器可以将地震中的能量消耗掉，不仅节省材料、降低造价，而且结构尺寸较小，可以增加建筑有效使用面积。
然而，目前《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第12.3.4条及其条文说明，给出了粘滞阻尼器附加给结构的阻尼比近似估算公式：
ζcj＝Tj/(4πMj)*φjTCcφj＝1/2/Kj×ωjφjTCcφj
式中：ζcj——结构第j振型上粘滞阻尼器附加的阻尼比；
Tj——结构第j振型的周期；
ωj——结构第j振型的圆频率；
Cc——效能器产生的结构附加阻尼矩阵；
Mj——第j振型广义质量；
Kj——第j振型广义刚度；
φj——第j振型的振型系数。
然而上述给出的粘滞阻尼器附加给结构的阻尼比近似估算方法所得出的施加粘滞阻尼器的最大阻尼比的误差较大，不能够满足工程精度的要求。
发明内容
本发明的目的在于减少施加粘滞阻尼器的最大阻尼比的计算误差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，包括：
建立标准三维固体模型，所述标准三维固体模型包括弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，所述弹簧K2与所述弹簧K3*串联后与所述弹簧K1并联并共同支撑质点；
把所述弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器，则所述标准三维固体模型变换得到模拟带粘滞阻尼器结构模型；
基于所述模拟带粘滞阻尼器结构模型，在复数空间上进行运算，得到附加阻尼比算法；
对所述附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法；
通过所述最大附加阻尼比算法计算得到最大阻尼比。
在一实施例中，还包括：所述附加阻尼比算法为：
ζ＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]，其中，K3＝Cω，C为阻尼系数，ω为频率。
在一实施例中，所述最大附加阻尼比算法为：ζmax＝Ki/2Ke，其中，Ki为所述标准三维固体模型的复刚度的虚部，Ke为所述标准三维固体模型的复刚度。
在一实施例中，还包括：预设减震目标值；所述附加最大阻尼比与所述减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置。
在一实施例中，所述附加的最大阻尼比与所述减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置的步骤具体为：
获取所述标准三维固体模型的基本自振周期T1；
将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后再计算所述模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2；
根据a＝T1/T2和所述最大阻尼比ζmax＝(a2-1)/4/a计算出该位置设置粘滞阻尼器所能给结构附加的最大阻尼比；
所述附加的最大阻尼比与所述减震目标值相比较，判断所述附加的最大阻尼比是否达到所述预设减震目标值，是则获得粘滞阻尼器设置的位置。
另外，还提供一种施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统，包括：
标准三维固体模型模块，包括弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，所述弹簧K2与所述弹簧K3*串联后与所述弹簧K1并联并共同支撑质点；
模拟带粘滞阻尼器结构模型模块，把所述弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器；
附加阻尼比运算模块，基于所述模拟带粘滞阻尼器结构模型模块，在复数空间上进行运算得到附加阻尼比算法；
最大附加阻尼比运算模块，对所述附加阻尼比运算模块的附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法；
计算模块，通过所述最大附加阻尼比算法计算得到最大阻尼比。
在一实施例中，还包括所述附加阻尼比算法为：
ζ＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]，其中，K3＝Cω，C为阻尼系数，ω为频率。
在一实施例中，所述最大附加阻尼比算法为：ζmax＝Ki/2Ke，其中，Ki为所述标准三维固体模型的复刚度的虚部，Ke为所述标准三维固体模型的复刚度。
在一实施例中，还包括：预设模块，预设减震目标值；粘滞阻尼器位置运算模块，所述附加最大阻尼比与所述减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置。
在一实施例中，所述粘滞阻尼器位置运算模块包括：
自振周期运算单元，获取标准三维固体模型的基本自振周期T1；
模拟自振周期运算单元，将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后再计算模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2；
计算单元，根据a＝T1/T2和所述最大阻尼比ζmax＝(a2-1)/4/a计算出该位置设置粘滞阻尼器所能给结构附加的最大阻尼比；
比较单元，所述附加的最大阻尼比与所述减震目标值相比较，判断所述附加的最大阻尼比是否达到所述预设减震目标值，是则获得粘滞阻尼器设置的位置。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
采用本方案的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法和系统，能够明显减少误差，满足工程精度的要求，而不需要真正的施加粘滞阻尼器在高层建筑结构中试算。
另外，该方案可以快速、便捷且准确的确定施加粘滞阻尼器的位置。
附图说明
图1是单自由度简化模型的示意图；
图2是一实施例中的标准三维固体模型的示意图；
图3是一实施例中的模拟带粘滞阻尼器结构模型的示意图；
图4是一实施例中施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法的流程图；
图5是另一实施例中施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法的流程图；
图6是图5中步骤S70的具体流程图；
图7是A栋模型图；
图8是另一角度的A栋模型图；
图9是A栋内筒支撑立面图；
图10是A栋的顶部区域施加粘滞阻尼器的放大示意图；
图11是A栋的底部区域施加粘滞阻尼器的放大示意图；
图12是A栋施加粘滞阻尼器的立面显示图；
图13是施加天然波L0142主方向的波形图；
图14是施加天然波L0142次方向的波形图；
图15是施加天然波L0142拟合谱同安评及规范谱比较图；
图16是X向楼层最大层间位移角曲线对比图；
图17是Y向楼层最大层间位移角曲线对比图；
图18是X向楼层最大剪力曲线对比图；
图19是Y向楼层最大剪力曲线对比图；
图20是X向楼层最大倾覆力矩曲线对比图；
图21是Y向楼层最大倾覆力矩曲线对比图；
图22是一实施例中施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统的逻辑框图；
图23是另一实施例中施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统的逻辑框图；
图24是图23中粘滞阻尼器位置运算模块的具体逻辑框图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
图1为传统的单自由度简化模型，即不考虑因阻尼器出力而产生的附加变形影响。图2是标准三维固体模型，如果将弹簧K3*利用粘滞阻尼器替代，由于粘滞阻尼器出力对弹簧K2的变形有影响，且会被考虑到整个标准三维固体模型的结构中，从而可以有效考虑因粘滞阻尼器出力而在与其相连构件中产生的附加变形。
因此，在一个实施例中，结合附图4，施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，包括如下步骤：
步骤S10，建立标准三维固体模型，标准三维固体模型包括：弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，弹簧K2与弹簧K3*串联后与弹簧K1并联并共同支撑质点M。
步骤S20，把弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器，则标准三维固体模型变换得到模拟带粘滞阻尼器结构模型。
步骤S30，基于模拟带粘滞阻尼器结构模型，在复数空间上进行运算，得到附加阻尼比算法。
具体地，结合附图1～3，在复数空间上，基于力学平衡原理和变形协调原理，并引入复刚度和耗能因子概念，基于阻尼比的定义得出附加阻尼比的计算算法。
该标准三维固体模型的体系在频率为ω的简谐荷载P作用下，作往复运动，产生的简谐变形为X，其中在弹簧K2与替代弹簧K3*的粘滞阻尼器中产生的简谐变形分别为Z1和Z2。
在复数空间上，粘滞阻尼器的复刚度K3*＝iK3，其中，K3＝Cω，i为虚数的符号，C为阻尼系数。
根据变性协调原则及力的平衡原理，有下面两个等式：
等式(1)：X＝Z1+Z2
等式(2)：K3*Z1＝K2Z2
这样推导出X和Z2分别等于：
等式(3)：Z2＝K3*/K2×Z1
等式(4)：X＝Z1×(1+K3*/K2)
在复数空间上建立该标准三维固体模型的动力学平衡方程如下：
等式(5)：P＝MX”+K1X+K3*Z1
进而推导出：
等式(6)：P＝[-ω2M+K1+K2K3*/(K2+K3*)]×X
推导出：
等式(7)：P/X＝K1-ω2M+K2K3*/(K2+K3*)
那么该标准三维固体模型结构的复刚度(或等效刚度)为：
等式(8)：Ke＝K1+K2K3*/(K2+K3*)
由前述可知K3*＝iK3，所以：
K2K3*/(K2+K3*)＝iK2K3/(K2+iK3)
＝K2K3 2/(K2 2+K3 2)+iK2 2K3/(K2 2+K3 2)
这样该标准三维固体模型结构的复刚度(或等效刚度)为：
等式(9)：Ke＝K1+K2K3 2/(K2 2+K3 2)+iK2 2K3/(K2 2+K3 2)
所以该复刚度(或等效刚度)的实部为：
等式(10)：Kr＝K1+K2K3 2/(K2 2+K3 2)
所以该复刚度(或等效刚度)的虚部为：
等式(11)：Ki＝K2 2K3/(K2 2+K3 2)
根据结构动力学原理，该系统的附加阻尼比(即附加阻尼比算法)为：
等式(12)：ζ＝Ki/2Ke
＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]
步骤S40，对附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法。具体为：
附加阻尼比算法(即等式12)的倒数为：
等式(13)：1/ζ＝K1/K3+(K1+K2)/K2 2×K3
1/ζ的极小值对应的是ζ的极大值，因此对等式(13)两边对K3求导，从而求得1/ζ的极小值，得到下式：
等式(14)：d(1/ζ)/d(K3)＝-K1/K3 2+(K1+K2)/K2 2
1/ζ出现极小值的条件是等式(14)为零，因此令等式(14)等于零得到：
等式(15)：K3 2＝K1K2 2/(K1+K2)
由前面K3*＝iK3可知，︳K3*︳＝K3，故：
等式(16)：︳K3*︳＝K3＝K2×SQRT(K1/(K1+K2))
令a＝SQRT((K1+K2)/K1)，则K3＝K2/a，回带入等式(12)，则得到附加最大阻尼比ζmax为：
等式(17)：ζmax＝Ki/2Ke
＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]
＝K2/a/2/[K1+(K1+K2)/a2]
＝(a2-1)/4/a
步骤S50，通过最大附加阻尼比算法得到最大阻尼比。
从等式(17)中可以看出，粘滞阻尼器施加给系统的最大阻尼比是同粘滞阻尼器阻尼系数是没有任何关系的，而对应于附加阻尼比达到最大时的阻尼系数(即由Cω＝K3＝K2/a推导出C＝K2/a/ω)，利用《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第12.3.4条及其条文说明中给出的公式求出的阻尼比为ζ＝(a2-1)/2/a，正好是实际附加阻尼比的2倍，可见误差之大，而且当C>K2/a/ω之后，随着C值的增大，误差呈发散式增大。
综上所述，采用本方案的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，能够明显减少误差，满足工程精度的要求，而不需要真正的施加粘滞阻尼器在高层建筑结构中试算。
进一步地，探讨a＝SQRT((K1+K2)/K1)的物理含义：假设将图3所示系统在弹簧K3*处断开，则该系统的自振周期则为T1＝2π×SQRT(M/K1)；而将图3系统在弹簧K3*处用不产生变形的刚性杆连接后，则该系统的自振周期为T2＝2π×SQRT(M/(K1+K2))，显而易见a＝SQRT((K1+K2)/K1)＝T1/T2。
在一实施例中，参阅附图5，施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法还包括：
步骤S60，预设减震目标值。具体地，该减震目标值可以根据建筑结构以及建筑结构所在的地震烈度区域设定。另外，预设该减震目标值可以一开始就设置好，也可以在获得最大阻尼比后设定，即可在步骤S10至步骤S50之前或之后的任意一步骤设定。
步骤S70，附加最大阻尼比与减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置。
进一步地，参阅附图6，步骤S70具体地为：
步骤S71：获取标准三维固体模型的基本自振周期T1。
步骤S72：将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后再计算模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2。
步骤S73：根据a＝T1/T2和最大阻尼比ζmax＝(a2-1)/4/a计算出该位置设置粘滞阻尼器所能给结构附加的最大阻尼比。
步骤S74：附加的最大阻尼比与减震目标值相比较，判断附加的最大阻尼比是否达到预设减震目标值，是则获得粘滞阻尼器设置的位置。
由此可见，采用该方案可以快速、便捷且准确的确定施加粘滞阻尼器的位置。
在其它实施例中，步骤S70还包括：
步骤S75：判断到附加的最大阻尼比未达到预设减震目标值，则变换粘滞阻尼器的位置，并返回执行将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后在计算模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2的步骤。在另外的实施例中，也可以返回步骤S71；在优选的实施例中，返回步骤S72。
另外，上述粘滞阻尼器位置的移动可以基于如下原则：粘滞阻尼器位置在结构上均匀对称设置。均匀对称设置的粘滞阻尼器可以更好的发挥粘滞阻尼器的功能，而且有助于结构更容易达到减震的目标设定值。
现结合一具体结构模型，采用上述的方案，可以更好的说明本方案施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法的准确性和便捷性。
设定结构模型，在本实施例中称为A栋，A栋都采用钢框架—支撑内筒结构，于核心筒的四周设置支撑形成封闭的支撑筒，为了提高结构的耗能能力同时考虑到避让建筑门洞，A栋核心筒支撑全部设计为偏心支撑，A栋外框的一角设置跨层的中心支撑。A栋结构三维模型及内筒支撑立面如图7-9所示。
拟将内筒的所有斜撑利用粘滞阻尼器替换，替换后的内筒阻尼器三维视图及立面视图，如图10-12所示。
该模型结构两个主轴(X向、Y向)方向的基本周期分别为5.9974s、5.7907s，内筒支撑斜杆全部用粘滞阻尼器替换后的结构两个主轴方向基本周期分别为8.1596s、7.9572s。根据上述方法等式(17)的结果，结构两个主轴方向能够施加的最大阻尼比分别为15.64％、16.16％。
另外，根据上述方法可知，在实际附加最大阻尼比位置附近，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第12.3.4条方法计算的阻尼比为实际最大阻尼比的2倍。因此，利用Midas-Gen的应变能因子法(即为抗震规范推荐方法)计算当线性阻尼器的阻尼系数取为C＝300000KN.s/m时，附加结构两主轴方向基本振型的阻尼比约为30％左右，那么实际附加阻尼比应为15％左右。
那么，在得知线性阻尼系数为C＝300000KN.s/m时，可以获得在结构两个主轴方向基本周期附加最大阻尼比，实际使用时为了减小阻尼器在罕遇地震下的最大出力，通常会采用非线性粘滞阻尼器，本次拟采用阻尼指数α＝0.2的非线性粘滞阻尼器，根据在多遇地震下总耗能相等的原则，将线性阻尼器换算为非线性阻尼器，换算的非线性阻尼器阻尼系数为C0.2＝2500KN.(s/m)0.2，共施加了680个该非线性粘滞阻尼器。
假设遇到地震，天然波L0142主次方向的波形曲线及拟合谱如图13-15所示。
此时，该结构整体性能表现对比如下表所示，该表给出施加和不施加粘滞阻尼器，结构最大层间位移角、基底剪力、基底倾覆力矩、顶点最大位移的对比。
结合附图16-21，给出了楼层最大层间位移角曲线对比、楼层最大剪力曲线分布对比、楼层最大倾覆力矩曲线分布对比、顶点位移时程曲线对比、基底剪力时程曲线对比、基底倾覆力矩时程曲线对比。
综上所述，采用本方案的模拟方法，对高层结构是能够更为精准、便捷的施加粘滞阻尼器。
基于上述各实施例，结合附图22，还有必要提供施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统，包括：
标准三维固体模型模块10，包括弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，弹簧K2与弹簧K3*串联后与弹簧K1并联并共同支撑质点M。
模拟带粘滞阻尼器结构模型模块20，把弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器。
附加阻尼比运算模块30，基于模拟带粘滞阻尼器结构模型模块，在复数空间上进行运算得到附加阻尼比算法。
具体地，该附加阻尼比运算模块进行运算处理。其中，该标准三维固体模型的体系在频率为ω的简谐荷载P作用下，作往复运动，产生的简谐变形为X，其中在弹簧K2与替代弹簧K3*的粘滞阻尼器中产生的简谐变形分别为Z1和Z2。
在复数空间上，粘滞阻尼器的复刚度K3*＝iK3，其中，K3＝Cω，i为虚数的符号，C为阻尼系数。
根据变性协调原则及力的平衡原理，有下面两个等式：
等式(1)：X＝Z1+Z2
等式(2)：K3*Z1＝K2Z2
这样推导出X和Z2分别等于：
等式(3)：Z2＝K3*/K2×Z1
等式(4)：X＝Z1×(1+K3*/K2)
在复数空间上建立该标准三维固体模型的动力学平衡方程如下：
等式(5)：P＝MX”+K1X+K3*Z1
进而推导出：
等式(6)：P＝[-ω2M+K1+K2K3*/(K2+K3*)]×X
推导出：
等式(7)：P/X＝K1-ω2M+K2K3*/(K2+K3*)
那么该标准三维固体模型结构的复刚度(或等效刚度)为：
等式(8)：Ke＝K1+K2K3*/(K2+K3*)
由前述可知K3*＝iK3，所以：
K2K3*/(K2+K3*)＝iK2K3/(K2+iK3)
＝K2K3 2/(K2 2+K3 2)+iK2 2K3/(K2 2+K3 2)
这样该标准三维固体模型结构的复刚度(或等效刚度)为：
等式(9)：Ke＝K1+K2K3 2/(K2 2+K3 2)+iK2 2K3/(K2 2+K3 2)
所以该复刚度(或等效刚度)的实部为：
等式(10)：Kr＝K1+K2K3 2/(K2 2+K3 2)
所以该复刚度(或等效刚度)的虚部为：
等式(11)：Ki＝K2 2K3/(K2 2+K3 2)
根据结构动力学原理，该系统的附加阻尼比(即附加阻尼比算法)为：
等式(12)：ζ＝Ki/2Ke
＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]
最大附加阻尼比运算模块40，对附加阻尼比运算模块的附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法。
具体地，最大附加阻尼比运算模块的运算是对附加阻尼比运算模块的运算结果进一步的处理。具体的处理过程如下：
附加阻尼比算法(即等式12)的倒数为：
等式(13)：1/ζ＝K1/K3+(K1+K2)/K2 2×K3
1/ζ的极小值对应的是ζ的极大值，因此对等式(13)两边对K3求导，从而求得1/ζ的极小值，得到下式：
等式(14)：d(1/ζ)/d(K3)＝-K1/K3 2+(K1+K2)/K2 2
1/ζ出现极小值的条件是等式(14)为零，因此令等式(14)等于零得到：
等式(15)：K3 2＝K1K2 2/(K1+K2)
由前面K3*＝iK3可知，︳K3*︳＝K3，故：
等式(16)：︳K3*︳＝K3＝K2×SQRT(K1/(K1+K2))
令a＝SQRT((K1+K2)/K1)，则K3＝K2/a，回带入等式(12)，则得到附加最大阻尼比ζmax为：
等式(17)：ζmax＝Ki/2Ke
＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]
＝K2/a/2/[K1+(K1+K2)/a2]
＝(a2-1)/4/a
计算模块50，通过最大附加阻尼比算法计算得到最大阻尼比。
从等式(17)中可以看出，粘滞阻尼器施加给系统的最大阻尼比是同粘滞阻尼器阻尼系数是没有任何关系的，而对应于附加阻尼比达到最大时的阻尼系数(即由Cω＝K3＝K2/a推导出C＝K2/a/ω)，利用《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第12.3.4条及其条文说明中给出的公式求出的阻尼比为ζ＝(a2-1)/2/a，正好是实际附加阻尼比的2倍，可见误差之大，而且当C>K2/a/ω之后，随着C值的增大，误差呈发散式增大。
另外，进一步探讨a＝SQRT((K1+K2)/K1)的物理含义：假设将图2-3所示系统在弹簧K3*处断开，则该系统的自振周期则为T1＝2π×SQRT(M/K1)；而将图2-3系统在弹簧K3*处用不产生变形的刚性杆连接后，则该系统的自振周期为T2＝2π×SQRT(M/(K1+K2))。显而易见a＝SQRT((K1+K2)/K1)＝T1/T2。
在一实施例中，结合附图23，施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统还包括：
预设模块60，预设减震目标值。具体地，该减震目标值可以根据建筑结构以及建筑结构所在的地震烈度区域设定。
粘滞阻尼器位置运算模块70，附加最大阻尼比与减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置。
进一步地，结合附图24，粘滞阻尼器位置运算模块70包括：
自振周期运算单元71，获取标准三维固体模型的基本自振周期T1。
模拟自振周期运算单元72，将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后再计算模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2。
计算单元73，根据a＝T1/T2和最大阻尼比ζmax＝(a2-1)/4/a计算出该位置设置粘滞阻尼器所能给结构附加的最大阻尼比。
比较单元74，附加的最大阻尼比与减震目标值相比较，判断附加的最大阻尼比是否达到预设减震目标值，是则获得粘滞阻尼器设置的位置。
在其它实施例中，比较单元74还用于：判断到附加的最大阻尼比未达到预设减震目标值，则变换粘滞阻尼器的位置，并返回执行模拟自振周期运算单元。
综上所述，采用本方案的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，能够明显减少误差，满足工程精度的要求，而不需要真正的施加粘滞阻尼器在高层建筑结构中试算。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，其特征在于，包括：
建立标准三维固体模型，所述标准三维固体模型包括弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，所述弹簧K2与所述弹簧K3*串联后与所述弹簧K1并联并共同支撑质点；
把所述弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器，则所述标准三维固体模型变换得到模拟带粘滞阻尼器结构模型；
基于所述模拟带粘滞阻尼器结构模型，在复数空间上进行运算，得到附加阻尼比算法；
对所述附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法；
通过所述最大附加阻尼比算法计算得到最大阻尼比；
预设减震目标值；
所述附加最大阻尼比与减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置；
所述附加最大阻尼比与所述减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置的步骤具体为：
获取所述标准三维固体模型的基本自振周期T1；
将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后再计算所述模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2；
根据a＝T1/T2和所述最大阻尼比ζmax＝(a2-1)/4/a计算出该位置设置粘滞阻尼器所能给结构附加的最大阻尼比；
所述附加的最大阻尼比与所述减震目标值相比较，判断所述附加的最大阻尼比是否达到预设减震目标值，是则获得粘滞阻尼器设置的位置。
2.根据权利要求1所述的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，其特征在于，所述附加阻尼比算法为：ζ＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]，其中，K3＝Cω，C为阻尼系数，ω为频率。
3.根据权利要求1或2所述的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟方法，其特征在于，所述最大附加阻尼比算法为：ζmax＝Ki/2Ke，其中，Ki为所述标准三维固体模型的复刚度的虚部，Ke为所述标准三维固体模型的复刚度。
4.一种施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统，其特征在于，包括：
标准三维固体模型模块，包括弹簧K1、弹簧K2和弹簧K3*，所述弹簧K2与所述弹簧K3*串联后与所述弹簧K1并联并共同支撑质点；
模拟带粘滞阻尼器结构模型模块，把所述弹簧K3*等效变换为粘滞阻尼器；
附加阻尼比运算模块，基于所述模拟带粘滞阻尼器结构模型模块，在复数空间上进行运算得到附加阻尼比算法；
最大附加阻尼比运算模块，对所述附加阻尼比运算模块的附加阻尼比算法的倒数进行求导和求极小值，得到最大附加阻尼比算法；
计算模块，通过所述最大附加阻尼比算法计算得到最大阻尼比；
预设模块，预设减震目标值；
粘滞阻尼器位置运算模块，所述附加最大阻尼比与所述减震目标值相比较，获得粘滞阻尼器设置的位置；
所述粘滞阻尼器位置运算模块包括：
自振周期运算单元，获取标准三维固体模型的基本自振周期T1；
模拟自振周期运算单元，将用于安装粘滞阻尼器的位置利用刚性杆连接起来，然后再计算模拟带粘滞阻尼器结构模型的基本自振周期T2；
计算单元，根据a＝T1/T2和所述最大阻尼比ζmax＝(a2-1)/4/a计算出该位置设置粘滞阻尼器所能给结构附加的最大阻尼比；
比较单元，所述附加的最大阻尼比与所述减震目标值相比较，判断所述附加的最大阻尼比是否达到所述预设减震目标值，是则获得粘滞阻尼器设置的位置。
5.根据权利要求4所述的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统，其特征在于，所述附加阻尼比算法为：ζ＝K2 2K3/2/[K1K2 2+K3 2(K1+K2)]，其中，K3＝Cω，C为阻尼系数，ω为频率。
6.根据权利要求5所述的施加粘滞阻尼器高层结构的模拟系统，其特征在于，所述最大附加阻尼比算法为：ζmax＝Ki/2Ke，其中，Ki为所述标准三维固体模型的复刚度的虚部，Ke为所述标准三维固体模型的复刚度。
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| 粘滞阻尼器用于建筑结构抗震的分析与设计方法;程文锦;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20110115;C038-403 |
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