粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究

平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。     

基于人工鱼群算法的位移型阻尼器位置和参数的优化方法

对耗能减震结构中,阻尼器参数和位置决定着结构的减震效果。基于人工鱼群算法提出一种针对位移型阻尼器优化设计的人工鱼群优化模型,模型面向以有限元模型表示的多维多自由度实际结构,对各层位移型阻尼器的位置和参数进行优化。针对结构中添加位移型阻尼器会使结构层剪力增大的问题,提出一种同时考虑结构各楼层层间位移角、各楼层加速度和层剪力变化的优化目标函数,同时利用均方根的形式更加有效的反应各响应在地震波峰值段的变化特性。结构减震控制优化设计时可根据结构的不同设计需求修正目标函数的加权系数。最后,通过数值算例验证本文优化模型的有效性。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的研究

该文利用调液阻尼器来控制偏心结构在地震作用下的扭转耦联振动。首先建立起控制体系的运动方程及时域内的求解方法。以一个8层偏心钢结构为算例,在结构顶层沿两个主轴方向正交放置两个调液柱型阻尼器,并在结构质心处安放一个环形调液阻尼器。基于该文给出的优化目标函数和遗传优化算法,对调液阻尼器的参数进行优化设计。最后对结构输入不同场地类型的地震波,在时域内分析调液阻尼器对结构扭转耦联振动的减振作用。分析结果表明:合理设计调液阻尼器的有关参数,能使其有效控制结构的平-扭耦联振动。     

形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器对偏心结构振动控制的研究

采用自行研制的SMA-摩擦串联复合阻尼器控制偏心结构的平扭耦联振动。SMA-摩擦串联复合阻尼器能根据结构的地震响应自动调节耗能单元工作状态,且构造简单、经济实用。建立了SMA-摩擦串联复合阻尼器控制下偏心结构在双向水平地震作用下的运动方程,并编写程序计算结构的时程响应。以一六层剪切型偏心钢框架为例,计算结果表明：合理布置的阻尼器能有效抑制结构质心位移和质心层间位移,且对扭转振动的控制效果更佳;阻尼器对结构质心平移加速度的影响不大,但显著改变了扭转加速度。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的试验研究

通过振动台试验来验证调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动反应的减振效果及理论分析的正确性。设计了一个二层的单向偏心钢结构模型,在结构的顶层放置一个调液柱型阻尼器（TLCD）和一个环形调液阻尼器（CTLCD）并对其参数进行优化设计,在振动台上,分别对结构无控时的反应和设置调液阻尼器后的反应进行试验研究。通过分析结构模型在地震波作用下的加速度和位移响应,结果表明,调液阻尼器能有效抑制结构的在地震作用下的扭转耦联振动,而且同时设置TLCD和CTLCD的减振效果要好于单独采用TLCD或CTLCD时的减振效果。     

基于性能的相邻结构间Maxwell阻尼器优化布置研究

对连接Maxwell模型的两相邻钢筋混凝土框架结构进行了基于性能的阻尼器优化布置研究。以使两相邻结构总超越概率最小为优化目标,对确定阻尼器数目下的相邻结构进行了阻尼器优化布置位置的研究,得出了相邻结构间Maxwell阻尼器的优化位置的一般布置规律。通过连接不同优化布置位置的Maxwell阻尼器的相邻结构地震易损性分析,得出了相邻结构间连接Maxwell阻尼器的优化数目。所得相邻结构间阻尼器的优化布置,可以使相邻结构在不同性能目标的地震作用下均能得到较优的控制效果,为实际工程的应用作出了有益探讨。     

层间弯剪偏心结构精准模型快速建立方法及多维减震应用

传统层间剪切模型与建筑结构真实受力状态不符，不能精准反映实际多维偏心结构的动力响应，工程可行性较低。目前的弯剪型简化模型建立方法计算效率偏低且无法直接指导三维偏心结构的建模。针对上述不足，根据结构力学中柔度法的基本原理提出一种精准的快速建立层间弯剪模型的方法。在此基础上，考虑结构的偏心对结构动力响应的影响，建立三维弯剪偏心模型，并通过多维时程分析对比验证在双向及扭转地震波下该简化模型的动力响应相较于有限元模型的差异性。结果表明，基于柔度法建立的三维弯剪偏心简化模型具有建模精度高和计算效率高的优点，并可以准确反映真实结构在多维地震作用下的动力响应。在考虑实际偏心后优化布置调谐阻尼器可充分发挥减震性能。     

TTLCD-偏心结构转化为TTMD-偏心结构的减振控制研究

针对偏心结构,研究在地震激励下,扭转调频液柱阻尼器(TTLCD)系统优化参数和对结构减振控制的模拟。首先通过比较TTLCD-结构体系和TTMD-结构体系的耦联微分方程,可将TTLCD-结构体系转化为TTMD-结构体系,从而得到TTLCD-主结构与TTMD-主结构质量比、频率比、主结构自振频率和主结构阻尼等,利用Ikeda公式对TTLCD阻尼比和频率比参数优化,并用有限元软件来对复杂结构减振控制进行数值计算。通过单层偏心结构和4层偏心放置单个或多个TTLCDs为例,用Ikeda公式求得TTLCDs参数,并用SAP2000进行结构分析,同时与MATLAB结果进行对比,验证了该方法的合理性和可行性。     

位移型消能减震偏心结构Pushover能力谱简化计算方法

该文提出了一种计算位移型消能减震偏心结构能力谱的简化计算方法,通过结构变形分解,将偏心结构的能力谱曲线分解为平面Pushover能力谱及非偏心结构的纯扭转能力谱,并采用位移合成的方法得到最终的能力谱曲线。数值算例与有限元软件Sap2000分析结果进行对比,结果表明:该文提出的方法与有限元软件计算结果接近,是一种有效的简化计算方法。     

位移型耗能减震结构优化设计

提出了一种应用于耗能减震体系参数设计的新型优化数学模型。模型目标函数体现了明确的设计意义,在保证几种地震波作用下结构最大层间位移角接近设计值的前提下,尽可能使得应用的耗能体系刚度最小。新模型同时解决了不同地震波作用下优化结果各不相同,优化参数难以选择的问题,是一种有效的优化设计方法。     

位移型消能器在结构减震控制中的位置优化研究

提出一种位移型消能器优化布置的新型数学模型,考虑了地震作用下三种不同的结构控制指标。首先,通过试算给定新型优化模型的五种加权系数组合;然后,在阻尼器数量一定的前提下,利用遗传算法对不同形式的结构在四类场地条件地震动作用下的阻尼器进行优化布置研究;最后,按照基于新模型中不同系数组合情况获得的阻尼器优化结果,进行三种有控结构在不同类型场地条件下的时程反应分析,得到目标函数中加权系数最佳取值组合,体现综合控制效果上的最优。数值算例验证了新模型的有效性,给出可以指导消能器优化布置方面的经验性结论。     

自复位支撑-钢框架结构直接基于位移的支撑参数设计与分析

该文提出了预压碟簧自复位耗能（PS-SCED）支撑-钢框架结构的等效阻尼比公式并验证其合理性,在此基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法对一6层PS-SCED支撑-钢框架结构的支撑参数进行设计并分析。结果表明,不考虑等效阻尼比设计的支撑刚度偏于保守,支撑承载力需求偏大,而考虑等效阻尼比设计的支撑刚度和承载力需求更小且能使结构满足预定的性能目标;在相同性能目标下,支撑刚度比对结构的位移响应影响不大,按照所提出的刚度比区间设计的支撑参数能使结构满足变形限值要求。     

消能减震剪力墙结构体系的最优设计

提出了一种消能减震剪力墙结构最优阻尼比的设计方法。采用连续化方法,将剪力墙连梁处的阻尼器参数连续分布在墙肢上,从墙肢的微元体的力学平衡方程出发,建立了墙肢的动力偏微分方程,并映射成为双变量的常微分方程。求导建立最优函数方程,将两种极限状态参数代入最优函数方程,获得一个关于阻尼比的超越方程,用数值解法确定最优阻尼比。数值分析结果表明了设计方法的有效性。该设计方法的特点是物理概念明确,计算过程的物理信息不丢失,工作量少,可推广应用在高层建筑的消能减震设计中。     

多重调谐质量阻尼器控制单层非对称结构扭转振动的设计参数

研究了用两组相同的MTMD控制单层非对称结构扭转振动的最优设计参数。MTMD具有相同的刚度和 阻尼系数但不同的质量。MTMD被布置在最优位置。MTMD最优参数的设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放 大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化与 无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的设计准则,研究了非对称结构的标准化偏心系数 (NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对处于最优位置MTMD最优设计参数和有效性的影响。     

地震作用下不规则建筑AMTMD控制的动力特性-Ⅰ:平动振动控制

主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)最优参数准则定义为:设置AMTMD不规则建筑的最大平动位移动力放大系数最小值的最小化。AMTMD有效性准则定义为:设置AMTMD不规则建筑最大平动位移动力放大系数最小值的最小化与未设置AMTMD不规则建筑最大平动位移动力放大系数之比。使用定义的准则,研究了不规则建筑标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对AMTMD控制不规则建筑平动位移时的最优参数和有效性的影响。     

常延性系数弹塑性位移谱及其应用

采用根据我国现行《建筑抗震设计规范》生成的人工地震波,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,讨论了滞回模型、屈服后刚度等对弹塑性位移反应谱的影响。在此基础上,建立了8度设防、Ⅱ类和Ⅲ类场地、设计地震分组为第一组、位移延性系数μ为1~8的单自由度体系最大弹塑性位移与周期的关系,即常延性系数弹塑性位移谱。通过算例,介绍了常延性系数弹塑性位移谱在房屋结构基于位移抗震设计中的应用。     

微振动主动隔振平台的超磁致伸缩驱动器设计

对三自由度微振动主动隔振平台的基础器件--超磁致伸缩驱动器（GMA）和放大机构进行结构参数的优化设计。基于对GMA系统从能量输入到输出整个过程的电-磁-机械耦合特性分析,提出了结构的能量损耗率最小的优化方法。结构参数优化后的GMA能量损耗率仅为优化前的0.34倍。将优化结果带入驱动系统动力学模型,优化后的位移响应幅值增大为优化前的2.28倍,初始时刻的冲击加速度响应减小为优化前的0.11倍。仿真结果表明基于能量损耗率最小的超磁致伸缩驱动系统的优化设计方法有效,设计结果满足微振动隔振平台对GMA及放大机构的驱动稳定性、驱动效率、驱动幅值的设计要求。     

Topology design with optimized,self-adaptive materials

Significant performance improvements can be obtained if the topology of an elastic structure is allowed to vary in shape optimization problems. We study the optimal shape design of a two-dimensional elastic continuum for minimum compliance subject to a constraint on the total volume of material. The macroscopic version of this problem is not well-posed if no restrictions are placed on the structure topoiogy; relaxation of the optimization problem via quasiconvexification or homogenization methods is required. The effect of relaxation is to introduce a perforated microstructure that must be optimized simultaneously with the macroscopic distribution of material. A combined analytical-computational approach is proposed to solve the relaxed optimization problem. Both stress and displacement analysis methods are presented. Since rank-2 layered composites are known to achieve optimal energy bounds, we restrict the design space to this class of microstructures whose effective properties can easily be determined in explicit form. We develop a series of reduced problems by sequentially interchanging extremization operators and analytically optimizing the microstructural design fields. This results in optimization problems involving the distribution of an adaptive material that continuously optimizes its microstructure in response to the current state of stress or strain. A further reduced problem, involving only the response field, can be obtained in the stress-based approach, but the requisite interchange of extremization operators is not valid in the case of the displacement-based model. Finite element optimization procedures based on the reduced displacement formulation are developed and numerical solutions are presented. Care must be taken in selecting the discrete function spaces for the design density and displacement response, since the reduced problem is a two-field, mixed variational problem. An improper choice for the solution space leads to instabilities in the optimal design similar to those encountered in mixed formulations of the Stokes problem.