(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111608071.6 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 上海路博减 振科技股份有限公司 地址 201400 上海市奉贤区航谊路8号6幢B 楼4层B4- 01# (72)发明人 欧阳郁汀 　施竹珺　 (74)专利代理 机构 上海华工专利事务所(普通 合伙) 31104 代理人 缪利明 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 基于框架结构的子结构的多层框架消能减 震设计方法 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114297757 A 2022.04.08 CN 114297757 A 1.一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(1)， 位于所述多层框架结构(1)上的环状 矮墙(2)， 底部借助摩 擦型支座 (5)放置于所述环状矮墙(2)内的子结构(4)， 设置于所述环状 矮墙(2)内壁上的一层或多层 碰撞耗能材 料(3)， 以及设置 于所述环状矮墙(2)内壁上的若干个立方刚度非线性弹簧(6)； 其特征在于， 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。 2.根据权利要求1所述的多层框架消能减震设计方法， 其特 征在于， 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 xT， 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 。 3.根据权利要求1所述的多层框架消能减震设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤2包括： 步骤2.1、 根据结构的设计尺寸， 确定缩阶模型各自由度的质量参数， 确定各自由度刚 度和阻尼参数的取值范围； 随机挑选Q个模型， 其对应的参数组记为z， 基于已知的地震波， 计算Q个模型的响应； 步骤2.2、 为评价各模型的性能， 定义评价 函数为 其中， rms为均方根算子； 为参数组z对应的模型中第i个节点的响应输出； yi(t) 为有限元模型第i个节点的量测响应； N 为量测节点总数； 利用评价函数评估步骤2.1的模型， 基于微分演化算法， 对Q组模型进行优选及重组， 得 到新的Q个模型；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114297757 A 2步骤2.3、 为评价新的模型的性能， 重 复步骤步骤2.2的评估过程， 当得到的评估结果不 再变化时， 得到多层框架结构的等效缩阶模型； 步骤2.4、 地震作用下， 受控多自由度系统的运动方程表示 为： 其中， G是控制力向量Fa的作用位置矩阵， 矩阵： 步骤2.5、 控制力Fa作用在框架顶层， 表示为摩擦型支座(5)的摩擦系数μ， 子结构(4)的 质量md， 立方刚度非线性弹簧(6)的刚度kN、 碰撞耗能材料(3)的碰撞系数rc以及子结构(4) 相对运动状态uN的函数， 即Fa(md,kN,rc, μ,uN)； 步骤2.6、 确定建筑工程抗震设防分类、 抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值； 结 合场地条件， 确定反应谱； 根据反应谱选择天然地震加速度时程和人工地震加速度时程； 步骤2.7、 以减振后结构的加速度和位移响应为优化目标J2， 基于所选的地震加速度工 况， 设计摩擦型支座(5)的摩擦系数μ， 立方刚度非线性弹簧(6)的刚度kN和碰撞耗能材料 (3)的碰撞系数rc； 以减振装置的能量耗散效率为优化目标J3， 基于所选的地震加速度工况， 设计摩擦型 支座(5)的摩擦系数 μ， 立方刚度非线性弹簧(6)的刚度kN和碰撞耗能材 料(3)的碰撞系数rc； 步骤2.8、 步骤2.7从不同角度评价控制效率， 得到的控制装置设计参数分别满足优化 目标J2和J3； 为使所设计的控制 装置参数同时满足J2和J3， 提出基于帕雷托前置面的多目 标优化问题， 并利用遗传算法NSGA ‑II算法优化控制装置参数。 4.根据权利要求3所述的多层框架消能减震设计方法， 其特征在于， 所述步骤3包括： 建 立由步骤2.8优化得到的控制装置的有限元模型， 代入原结构中进行有效性验算。 5.根据权利要求1所述的多层框架消能减震设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤4包括： 步骤4.1、 在实际结构的关键节点中， 布置监测系统； 在经历强震后， 基于监测数据， 对 多层框架的有限元模型进行 更新； 步骤4.2、 重复步骤2至步骤3， 进行震后减振装置的快速设计， 以实现建筑功能的快速 恢复。 6.根据权利要求1所述的多层框架消能减震设计方法， 其特征在于， 所述环状矮墙(2) 的截面为圆环截面 或多边形截面， 内侧壁设置预留孔； 所述碰撞耗能材料(3)借助所述预留 孔通过高强螺栓与所述环状矮墙(2)固定连接； 所述立方刚度非线性 弹簧(6)借助所述预留 孔通过高强螺 栓与所述环状矮墙(2)固定连接 。 7.根据权利要求6所述的多层框架消能减震设计方法， 其特征在于， 所述立方刚度非线 性弹簧(6)沿所述环状矮墙(2)内侧壁均匀布置 。 8.根据权利要求7所述的多层框架消能减震设计方法， 其特征在于， 所述碰撞耗 能材料 (3)的截面形状同样为圆环截面 或多边形截面； 且所述碰撞 耗能材料(3)固定在所述立方刚 度非线性弹簧(6)的上侧 和下侧。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114297757 A 3