黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究

针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构,提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为,建立受控结构运动方程,并进行非线性时程分析,选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析,通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换(FFT)谱及反应谱,以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围,利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布,然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明,优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移;当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时,可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内;不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异,在第一周期范围内,当隔震层的激励频率趋向低频时,阻尼器对隔震层位移控制效果越好;阻尼器减震效果与隔震层的附加阻尼有关,提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利;设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围,可获得应用于实际工程的阻尼器参数。     

Bouc-Wen模型参数识别的非线性自适应遗传算法和试验验证

Bouc-Wen模型是一种可表征结构及构件在往复荷载作用下的刚度退化、强度退化等的一种多功能非线性光滑滞回模型,可广泛应用于各类结构滞回行为的描述。Bouc-Wen模型参数是决定结构构件滞回模型力学特征的关键,由于该模型参数众多且物理意义不明确,往往只能从滞回数据得到近似解。为适应该类模型参数高效识别的需求,该研究提出了一种非线性自适应遗传算法,并通过4片不同配筋和加载条件的RC剪力墙的低周反复加载试验对Bouc-Wen模型参数识别的效果进行了验证。模型参数识别得到的滞回曲线和算法效率与标准遗传算法识别的结果以及实验数据进行了对比,结果表明：所提出的方法显著提升了Bouc-Wen模型的识别精度与效率。该文所提出的方法可用来进行结构滞回模型的识别并用所识别的模型进行结构的非线性行为模拟。     

基于遗传算法的磁流变阻尼器模型参数识别

优化技术是一种以数学为基础,可用来求解各种工程问题最优解的应用技术.本文利用磁流变阻尼器动态特性数据,采用遗传算法进行阻尼器模型参数识别优化过程,最终将得到的磁流变阻尼器模型参数用于土木工程结构振动控制研究.已建立的磁流变阻尼器的动力特性将在不同的电场强度和变化的位移幅度下进行测试,可以得到在不同位移和速度下恢复力的滞回曲线,建立Bouc-Wen模型.把根据试验得到的滞回曲线和使用遗传算法对模型参数进行优化的结果进行比较可知,这种模型的参数可以以十分小的误差得到优化.     

基于T-S型模糊逻辑的半主动摩擦阻尼器对非线性结构的振动控制

采用T-S(Takagi-Sugeno)型模糊逻辑调节半主动摩擦阻尼器正压力的方法对非线性结构的振动控制问题进行了研究。首先,建立了采用连续Bouc-Wen滞回模型的非线性结构控制系统运动方程,运用时程分析法确定了小震下摩擦阻尼器的初始滑动力,然后在建立半主动控制策略的基础上,采用T-S型模糊逻辑调节作用在半主动摩擦阻尼器上的正压力,实现对非线性结构的振动控制。数值分析结果表明,该方法能有效地减小非线性结构在地震激励下的峰值响应。     

具有复阻尼特征板式变摩擦阻尼器滞回性能研究

为使减震装置具有复阻尼特征,提出一种板式变摩擦阻尼器。基于静力平衡条件推导了根据阻尼器几何、物理参数确定其滞回模型的理论公式,采用非线性有限元对阻尼器在静力往复作用下的滞回曲线进行了模拟,通过低周往复试验进行了阻尼器滞回性能试验研究,基于上述方法对影响滞回性能的关键参数进行了研究。研究结果:该阻尼器的滞回曲线为位于一、三象限、关于原点对称的三角形,理论公式和数值模拟得到的滞回曲线与试验数据吻合得较好,影响阻尼器滞回性能的关键因素是弹簧刚度、2个摩擦因素和1个角度。结果表明该阻尼器的滞回曲线具有明显的复阻尼特征,滞回模型的理论公式和数值模拟结果可用于指导此类阻尼器的设计。     

框架结构线性黏滞阻尼器双目标同步优化布置研究

在结构减震设计中,寻找最佳的阻尼器布置方案使减震效果最大化是一个至关重要的问题。用状态空间法描述在地震作用下布置线性黏滞阻尼器的减震系统,求解结构动力响应。采用基因属性保留遗传算法对减震系统进行编码,引入并列选择法对两个性能目标进行处理,可以实现阻尼器的双目标同步优化布置。将本文与已有研究成果的多层及高层框架阻尼器优化布置方案进行对比,双目标同步优化方法在改进原结构响应目标（如层间位移）减震效果的同时,还可以改善其他种类结构响应（如楼层加速度）的减震效果,使得减震结构具有更加优越的综合结构性能。双目标同步优化方法可以高效处理双目标的阻尼器同步优化问题。     

曲线连续梁桥不同减隔震方案对比分析

采用减隔震装置可有效减小连续梁桥的地震反应。选取一曲线连续梁桥,根据该桥的地震反应特点,分别采用铅芯橡胶支座、黏滞阻尼器、摩擦摆支座三种减隔震装置进行减震控制。通过动力非线性时程分析,对比了三种减震装置的减震效果,发现铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器对边墩的墩底切向反力有放大作用,摩擦摆支座对主梁位移有放大作用;三种单一的减震措施难以完全满足该曲线连续梁桥减震控制要求。为此在单一的减震措施基础上进行改进,形成混合减震控制方案。分析表明,改进的混合减震措施可以弥补单一减震措施的不足,取得良好的减震效果。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明：以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。     

负刚度摩擦阻尼装置的开发及应用研究

消能减震技术通常需要在多个楼层布置减震装置才能有效降低结构的地震响应,占用了较多的结构空间。针对此种问题提出在底部楼层布置负刚度阻尼装置的减震方案,形成力学上的隔震层,用减震实现类似隔震的效果,以减少阻尼器的布置数量。为实现该减震方案,研发了一种基于氮气弹簧的负刚度摩擦阻尼装置,该装置具有行程大,力学性能稳定等优点。性能试验验证了负刚度摩擦阻尼装置可以实现具有负刚度特征的滞回模型,对负刚度摩擦阻尼装置布置于底部楼层的减震方案进行了模拟分析,结果表明仅在底层布置负刚度阻尼装置可以获得理想的减震效果。     

基于遗传算法的磁流变阻尼器Bouc_Wen模型参数辨识

在除试验数据外无任何先验知识的条件下如何识别Bouc_Wen模型的参数是一个亟待解决的问题。本文在对磁流变阻尼器进行力学特性试验的基础上,采用遗传算法对磁流变阻尼器Bouc_Wen模型进行参数辨识,并采用缩小参数取值范围的方法逐渐提高遗传算法的识别精度。通过分析参数值与电流间的特征曲线,采用曲线拟合的方法确定它们之间的函数关系,再利用遗传算法得到具体的函数表达式。最后用不同幅值和频率的激励试验数据对识别结果和拟合结果进行了验证。结果表明：利用缩小取值范围的方法得到的Bouc_Wen模型参数识别结果在全局最优解的附近,拟合结果和辨识出的模型均能满足要求     

装配式减震节点转动型阻尼器抗震性能及恢复力模型研究

提出一种可用于预制装配式结构中梁柱连接和耗能的转动型阻尼器——扭转钢管阻尼器。设计了5个不同参数的扭转钢管阻尼器试件并对其进行了拟静力低周往复加载试验,结果表明：试件整体绕销轴发生转动变形,具有良好的转动变形能力,极限转角均在0.06 rad以上,延性系数均大于规范要求的4.0;试件的滞回曲线饱满,具有明显的等向强化特征,等效黏滞阻尼系数达到0.5左右,具有良好的耗能能力;试件的壁厚和外径越大、有效管长越小,其转动强度越大;试件在等幅循环加载下各项疲劳性能指标基本在±15%的规范要求内,具有良好的抗疲劳性能。在此基础上,对Bouc-Wen模型进行改进以模拟阻尼器的滞回行为,采用量子粒子群算法对试验滞回曲线进行了参数识别,识别结果表明改进Bouc-Wen模型能更好地适应试件的等向强化特性,具有比Bouc-Wen模型更高的模拟精度,可用于整体结构的抗震分析计算。     

连接Maxwell模型的两相邻结构非线性地震反应分析

对连接Maxwell模型的两相邻高层钢筋混凝土结构进行了大震作用下的非线性地震反应分析,相邻结构的本构模型采用三线型刚度退化模型,推导了连接Maxwell型阻尼器的相邻结构的运动方程,研究了Maxwell阻尼器优化参数理论表达式在结构进入非线性阶段的适用性,并研究了碰撞对相邻结构地震响应的影响,提出了不同地震波激励下阻尼器的优化参数值。分析结果表明:相邻结构进入非线性阶段时需要连接具有更强阻尼耗能能力的阻尼器以控制两结构的地震响应;即便在较小的防震缝宽度下,连接了控制装置后的相邻结构在大震作用下发生碰撞的可能性亦较小。     

O型钢板-高阻尼黏弹性复合型消能器的力学性能试验与分析

提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器,阐述了其构造形式和工作机理,对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明:复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线;其力学性能稳定,受加载频率影响较小;该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点,小变形时,黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用,O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度,大变形时,二者共同耗能;相比单一类型的消能器,该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备;采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

Stochastic sensitivity analysis of energy-dissipating structures with nonlinear viscous dampers by efficient equivalent linearization technique based on explicit time-domain method

Nonlinear fluid viscous dampers have been widely used in energy-dissipating structures due to their stable and high dissipation capacity and low maintenance cost. However, the literature on stochastic optimization of nonlinear viscous dampers under nonstationary excitations is limited. This paper is devoted to the stochastic response and sensitivity analysis of large-scale energy-dissipating structures equipped with nonlinear viscous dampers subjected to nonstationary seismic excitations. The analysis procedure is developed in the frame of the equivalent linearization method (ELM) in conjunction with the explicit time-domain method (ETDM). The equivalent linear system and the corresponding statistical moments of responses at a specific time instant are first obtained through a series of stochastic response analyses of the linearized systems. Then the sensitivities of the statistical moments of responses are determined via a series of stochastic sensitivity analyses of the equivalent linear system at the corresponding time instant. The above two iterative procedures are facilitated at high efficiency using ETDM with explicit formulations of the statistical moments of responses and the sensitivities of the statistical moments. This process is repeated for different time instants, and the time histories of the statistical moments and their sensitivities can be obtained. The stochastic response and sensitivity results are further utilized to conduct the stochastic optimal parametric design of the nonlinear viscous dampers. A one-storey building model equipped with a nonlinear viscous damper is analyzed to demonstrate the accuracy of the proposed method, and a suspension bridge with a main span of 1200 m equipped with 4 nonlinear viscous dampers is further investigated to illustrate the feasibility of the proposed method for stochastic optimal design of large-scale structures.     

磁流变阻尼器优化设计及结构地震损伤控制

该文通过LS-DYNA 程序二次开发了磁流变(MR)阻尼器的Bouc-Wen动力滞回模型、半主动控制律和钢材的弹塑性损伤本构模型,进而实现应用通用有限元程序精细化模拟受控结构损伤发展过程的目的.基于损伤本构模型,提出结构构件和结构层的抗震性能指标,并应用该指标对结构各层阻尼器的最大出力进行优化设计.对一9 层Benchmark 钢框架结构进行损伤控制研究,采用IDA 方法对控制前后结构的抗震性能进行分析,结果表明:MR 阻尼器优化设计后受控结构的损伤累积效应较无控结构明显减小,损伤分布范围更广,塑性耗能能力和抗震能力都得到显著提高.     

基于相对适应度遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置

提出基于相对适应度遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置方法,综合考虑多种地震波作用与多个不同优化目标。较标准遗传算法,相对适应度遗传算法基于染色体目标函数值相对大小构造适应度函数能充分体现种群中染色体适应度差异,促进种群的有效进化,获得优化问题的全局最优解。在讨论目标函数加权系数对优化结果影响基础上,对目标函数进行归一化处理,并考虑多种地震波作用。通过用该方法对20层框架结构的粘滞阻尼器布置方案进行优化,数值计算结果证明该方法的有效性及可用性。     

Dynamics of Vibroprotective Systems with Roller Dampers of Low-Frequency Vibrations

We study low-frequency vibrations of a vibroprotective system of solid bodies formed by a roller damper and a moving load-carrying body under the action of external harmonic excitations. The dynamic equations of combined motion of the working body of the damper over the hinged roller without sliding and the load-carrying body are deduced and numerically analyzed. A new procedure is proposed for the evaluation of the optimal parameters of adjustment of roller dampers in nonlinear systems.