基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，属于土木工程抗震加固技术领域。包括以下几个步骤：步骤一：确定TRC阻尼器的位置；步骤二：选定TRC阻尼器粘弹性体面积、计算TRC阻尼器的等效刚度及等效阻尼系数；步骤三：选用一条地震波进行弹性时程分析，给出不同破坏状态下，混凝土框架结构最大位移角控制目标；步骤四：由最小粘弹性体面积得出剪力减震率、模态阻尼耗能、TRC阻尼器耗能及TRC阻尼器附加给结构的有效阻尼比技术参数；步骤五：对消能子结构中梁柱构件进行外包钢加固。本发明专利技术相比传统加固方式，对近现代建筑干预小，可逆，优化结果可直接指导工程设计。

【技术实现步骤摘要】
基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法
本专利技术属于土木工程抗震加固
，涉及用于提高近现代建筑的整体抗震性能。
技术介绍
近现代建筑由于其设计年代的局限性，往往不能满足目前的抗震设防目标。由于受到保护的限制，近现代建筑加固方式受到制约，且年代久远，材料性能离散性大，强度等级低。近现代建筑设计理论与现行规范差距较大，抗震构造、构件承载力、综合抗震能力指数、结构变形通常不能满足规范要求。若采用常规加固方式逐个构件进行加固，加固量大、工期长且对建筑破坏大。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出一种基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，该方法能够解决提高近现代建筑混凝土框架结构整体抗震性能，避免对近现代建筑干预过大、可逆。原结构混凝土强度较低且梁负弯矩区通常未配置相应纵筋、未设置箍筋加密区，在地震作用下，梁端易开裂出铰，并且耗能能力较弱。考虑梁端出铰，原结构仅承担结构自重，新增壁式粘弹性阻尼器与周边框架形成的消能子结构承担水平地震力。通过控制不同破坏状态下最大位移角来控制结构的抗震性能目标：小震下新增壁式粘弹性阻尼器后可以满足最大位移角1/550(完好状态)、设防烈度地震下满足最大位移角1/350(轻微损坏状态)、罕遇地震作用下满足最大位移角1/120(中等破坏状态)，给出壁式粘弹性阻尼器粘弹性体厚度的控制工况。给出相应的减震率、能量耗散、附加阻尼比等，得出经济、可靠的结构方案。为了实现上述技术目的，本专利技术技术方案如下：一种基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，包括以下几个步骤：步骤一：确定TRC阻尼器的位置，使得增设TRC阻尼器对建筑平面形成闭合、完整、均匀的抗侧力体系，确保水平力能够顺利传递给阻尼器；步骤二：选定TRC阻尼器粘弹性体面积、计算TRC阻尼器的等效刚度及等效阻尼系数；步骤三：选用一条地震波进行弹性时程分析，给出不同破坏状态下混凝土框架结构最大位移角控制目标，通过最大位移角控制目标得出最小粘弹性体面积；步骤四：由最小粘弹性体面积计算出剪力减震率、模态阻尼耗能、TRC阻尼器耗能及TRC阻尼器附加给结构的有效阻尼比技术参数；步骤五：对消能子结构中梁柱构件进行外包钢加固。步骤一中，根据建筑平面功能设计条件，确定TRC阻尼器的位置，TRC阻尼器布置后，使混凝土框架结构在两个主轴方向的动力特效相近且宜设置在变形较大、重力荷载代表值较大的位置。步骤二中，所述TRC阻尼器的等效刚度系数Keq及等效阻尼系数Ceq分别通过下式进行计算：其中，K1、K2为TRC阻尼器非线性四单元模型参数的等效刚度系数；C1、C2为TRC阻尼器非线性四单元模型参数的等效阻尼系数；ω为角速度；eqK2、eqCK2为K2恢复力弹簧的bi-liner曲线相关参数。所述步骤三中，不同破坏状态下，最大位移角控制目标的计算公式如下：其中，θ1、θ2、θ3分别为增设TRC阻尼器后小震、设防烈度地震、罕遇地震作用下结构最大侧移角响应；s为TRC阻尼器粘弹性体的面积；TRC阻尼器粘弹性最小面积的计算公式如下：所述步骤四与步骤五之间还包括：在预期的性能目标下，复核TRC阻尼器的最大剪力及剪应变步骤。构件设计时不考虑混凝土作用，外包钢按格构式钢构件进行设计，其内力按罕遇地震作用标准值效应且不考虑与抗震等级有关的调整系数。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术对近现代建筑提供了一种基于结构性能化的抗震加固设计方法，可显著提高建筑的整体抗震性能；2.避免对建筑所有构件逐个进行加固，具有最小干预、可逆、经济性的优点；3.允许框架梁端出铰，地震力由壁式粘弹性阻尼器及周边框架形成消能子结构承担，力传递路径清晰可靠；4.通过控制不同破坏状态下最大位移角来控制结构的抗震性能目标，得出壁式粘弹性阻尼器最小粘弹性面积，优化设计成果；5.采用壁式粘弹性阻尼器加固历史建筑，其布置灵活，安装方便，安装后不需要繁琐的维护和修复，自我恢复能力强。附图说明图1是基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法的流程图；图2是计算案例的TRC阻尼器布置简图，主轴指X轴和Y轴；图3是TRC阻尼器与梁柱组成的消能子结构；其中，1、梁外包钢加固；2、柱外包钢加固；3、4、TRC阻尼器；图4是TRC阻尼器与楼层梁连接节点；其中，5、6、连接板；7、梁底受力角钢；8、TRC阻尼器；9、螺杆；10、箍板；11、扁钢；图5是不考虑混凝土作用梁柱外包钢格构式做法；其中，12、梁底受力角钢；13、螺杆；14、柱受力角钢；15、缀板；16扁钢；图6是实际案例中不同破坏状态最大位移角与粘弹性体面积的关系；图7是实际案例中基底剪力与粘弹性体面积的关系；图8是实际案例中剪力减震率与粘弹性体面积的关系；图9是实际案例中能量耗散与粘弹性体面积的关系；图10为非线性四单元模型；图11为Kelvin-Voigt模型。具体实施方式下面结合附图和实施实例对本专利技术做进一步说明。步骤一：根据建筑平面功能设计条件，确定TRC阻尼器的位置，使得增设TRC阻尼器对建筑平面形成闭合、完整、均匀的抗侧力体系，确保水平力能够顺利传递给阻尼器。TRC阻尼器布置宜使结构在两个主轴方向的动力特效相近且宜设置在变形较大的位置，并有利于提高整体结构的消能抗震能力。步骤二：计算TRC阻尼器的等效刚度及等效阻尼系数。TRC阻尼器恢复力模型通常为非线性四单元模型(见图10)，其中K1、K2、C1、C2与粘弹性体的面积、厚度及剪应变有关。该模型由于反复迭代计算量大、耗时久，通常将其等效为Kelvin-Voigt模型(见图11)。其等效刚度Keq及等效阻尼Ceq为：其中，ω为角速度；eqK2、eqCK2为K2恢复力弹簧的bi-liner曲线相关参数。粘弹性体厚度一定的情况下，TRC阻尼器等效刚度及等效阻尼系数仅与粘弹性体的面积有关，且随着粘弹性体面积增大而增大。步骤三：选用一条地震波进行弹性时程分析，给出不同破坏状态最大位移角控制目标。其中，θ1、θ2、θ3分别为增设TRC阻尼器后小震、设防烈度地震、罕遇地震作用下结构最大侧移角响应；s为TRC阻尼器粘弹性体的面积。即小震下，粘弹性体面积需达到多少，结构最大位移角可控制在1/550以内(完好状态)；设防烈度地震作用下，粘弹性体面积需达到多少，结构最大位移角可控制在1/350以内(轻微损坏状态)；罕遇地震作用下，粘弹性体面积需达到多少，结构最大位移角可控制在1/120以内(中等破坏状态)，得出最小粘弹性面积，即TRC阻尼器最经济的型号。步骤四：由最小粘弹性体面积得出剪力减震率、模态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：/n步骤一：确定TRC阻尼器的位置，使得增设TRC阻尼器对建筑平面形成闭合、完整、均匀的抗侧力体系，确保水平力能够顺利传递给阻尼器；/n步骤二：选定TRC阻尼器粘弹性体面积、计算TRC阻尼器的等效刚度及等效阻尼系数；/n步骤三：选用一条地震波进行弹性时程分析，给出不同破坏状态下混凝土框架结构最大位移角控制目标，通过最大位移角控制目标得出最小粘弹性体面积；/n步骤四：由最小粘弹性体面积计算出剪力减震率、模态阻尼耗能、TRC阻尼器耗能及TRC阻尼器附加给结构的有效阻尼比技术参数；/n步骤五：对消能子结构中梁柱构件进行外包钢加固。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一：确定TRC阻尼器的位置，使得增设TRC阻尼器对建筑平面形成闭合、完整、均匀的抗侧力体系，确保水平力能够顺利传递给阻尼器；
步骤二：选定TRC阻尼器粘弹性体面积、计算TRC阻尼器的等效刚度及等效阻尼系数；
步骤三：选用一条地震波进行弹性时程分析，给出不同破坏状态下混凝土框架结构最大位移角控制目标，通过最大位移角控制目标得出最小粘弹性体面积；
步骤四：由最小粘弹性体面积计算出剪力减震率、模态阻尼耗能、TRC阻尼器耗能及TRC阻尼器附加给结构的有效阻尼比技术参数；
步骤五：对消能子结构中梁柱构件进行外包钢加固。


2.根据权利要求1所述的基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，其特征在于：步骤一中，根据建筑平面功能设计条件，确定TRC阻尼器的位置，TRC阻尼器布置后，使混凝土框架结构在两个主轴方向的动力特效相近且宜设置在变形较大、重力荷载代表值较大的位置。


3.根据权利要求1所述的基于结构性能化的近现代建筑抗震加固设计方法，其特征在于：步骤二中，所述TRC阻尼器的等效刚度系数Keq及等效阻尼系数Ceq分别通过下式进行计算：




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【专利技术属性】
技术研发人员：孙逊，夏仕洋，方立新，袁晶晶，
申请(专利权)人：东南大学建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32