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。     

连接Maxwell模型的两相邻结构地震易损性分析

对连接Maxwell模型的两相邻钢筋混凝土框架结构建立二维模型,考虑了梁柱单元及阻尼器单元在大震作用下的非线性行为,通过大量的增量动力分析(IDA),研究了Maxwell阻尼器优化参数理论表达式在结构经历初始弹性、屈服直至倒塌全过程的适用性,并基于IDA分析的结果,对结构未控和控制情况下的地震易损性曲线进行了比较分析,从性能评估的角度研究了Maxwell阻尼器对相邻结构在不同地震波及不同地震动强度水平下的控制效果。通过相邻结构在不同地震动强度水平下的顶层位移时程发现,Maxwell阻尼器在小震作用下对两结构顶层位移控制效果均较好,但是在大震作用下,仅对结构2有明显的控制效果;由控制和未控时的相邻结构的地震易损性曲线亦可看出,Maxwell阻尼器对结构2在各性能水平下的控制效果均优于结构1。最后,通过大量的参数化分析,基于相邻结构地震易损性最小原则提出了合适的阻尼器参数值。     

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。     

地震作用下相邻结构间阻尼器的优化参数研究

对地震作用下相邻结构间连接阻尼器的优化参数理论表达式的适用性作了详细的研究,分别为粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器。共有两种减震控制目标,使主结构的平均相对振动能量最小和使两相邻结构的总平均相对振动能量最小。采用虚拟激励法,研究了小震作用下结构处于线弹性状态时阻尼器的优化参数取值,详细分析了结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器优化参数的影响;采用时域和频域分析方法,研究了强震作用下结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值,并与理论值进行了对比。结果表明,结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器的优化参数影响很小;结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值与结构处于线弹性状态的取值相差不大,均与理论值比较接近,该结论对于阻尼器的优化参数理论表达式的应用非常有利。     

基于数字序列编码遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置

提出一种基于数字序列编码遗传算法的高层结构黏滞阻尼器优化布置方法,解决了允许各层阻尼器安装数量不同时,二进制编码的标准遗传算法不能完备表达求解空间的问题。数字序列编码用染色体的一个基因位表示一个阻尼器的安装位置,其数值表示该阻尼器的安装层数。在这一编码方案下,优化问题基因型空间中的染色体和表现型空间中的可选布置方案一一对应,编码满足严格的合法性、完备性、Lamarckian性质以及强因果性。与数字序列编码方式相对应,离散重组交叉算子保证了种群的有效进化。此外,基于染色体目标函数值的相对大小构造适应度函数,能够充分体现种群中染色体的适应度差异,加速种群的进化,进而获得优化问题的全局最优解。对多遇地震下20层Benchmark结构的阻尼器布置方案进行了优化,计算结果表明了该方法的有效性。     

高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法研究

为了解决高位层间隔震结构中电梯井核心筒剪力墙在隔震层位置需断开的问题,提出一种高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法（PMIT）,介绍了其原理、构造、特点。采用ETABS软件对电梯井核心筒结构与外围结构之间布置粘滞阻尼器、弹簧、无阻尼器和弹簧的PMIT结构、悬挂法结构和框支剪力墙结构进行了分析,分析结果表明：（1）PMIT结构隔震层下部结构层间位移角和隔震位置电梯井剪力墙弯矩相比于框支剪力墙结构都有减小,而悬挂法隔震层下部层间位移相比于框支剪力墙结构放大了约150%,PMIT对隔震层下部结构刚度不会产生影响,避免隔震层下部结构出现薄弱层;（2）相比于悬挂法结构,布置粘滞阻尼器PMIT结构隔震层最外侧隔震支座拉力减小了约50%（仅水平地震作用）,提高结构的抗倾覆性能。     

两相邻结构地震动响应被动优化控制的比较研究

探讨了运用被动的控制装置减轻相邻结构地震动响应的机理,比较了在不同的地震波作用下粘弹性阻尼器和流体阻尼器的减震效果。将两相邻结构简化为两单自由度体系,用Voigt模型模拟连接两相邻结构的粘弹性阻尼器,用Maxwell模型模拟连接两相邻结构的流体阻尼器,分别导出了在地面白噪声激励下主结构平均振动能量最小或两相邻结构总平均振动能量最小这两个控制目标下粘弹性阻尼器与流体阻尼器的优化参数的一般表达式。运用具有不同频谱特性的三类相邻结构在ElCentro1940NS,Kobe1995和唐山地震波作用下的数值结果比较了这两种被动阻尼器的减震效果,详细讨论了导致不同控制效果的原因。     

粘弹性阻尼器在结构减震控制中的位置优化研究

提出一种粘弹性阻尼器优化设置的新型优化数学模型,同时考虑了地震作用下的三种结构控制指标.首先假定优化模型的五种加权系数组合,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粘弹性阻尼器进行位置优化.然后引入两个性能评价指标,对五种系数组合情况时阻尼器最优布置下的结构反应进行分析研究,使阻尼器布置方案能体现综合控制效果上的最优,得到不同情况下加权系数的建议取值组合.数值算例验证了新模型的有效性,最后,对粘弹性阻尼器优化布置方面提出几点有意义的结论.     

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。     

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。     

Optimizing damper connectors for adjacent buildings

Many theoretical and experimental studies have used heuristic methods to investigate the dynamic behaviour of the passive coupling of adjacent structures. However, few papers have used optimization techniques with guaranteed convergence in order to increase the efficiency of the passive coupling of adjacent structures. In this paper, the combined problem of optimal arrangement and mechanical properties of dampers placed between two adjacent buildings is considered. A new bi-level optimization approach is presented. The outer-loop of the approach optimizes damper configuration and is solved using the “inserting dampers” method, which was recently shown to be a very effective heuristic method. Under the assumption that the dampers have varying damper coefficients, the inner-loop finds the optimal damper coefficients by solving an n-dimensional optimization problem, where derivative information of the objective function is not available. Three different non-gradient methods are compared for solving the inner loop: a genetic algorithm (GA), the mesh adaptive direct search (MADS) algorithm, and the robust approximate gradient sampling (RAGS) algorithm. It is shown that by exploiting this new bi-level problem formulation, modern derivative free optimization techniques with guaranteed convergence (such as MADS and RAGS) can be used. The results indicate a great increase in the efficiency of the retrofitting system, as well as the existence of a threshold on the number of dampers inserted with respect to the efficiency of the retrofitting system.     

粘滞阻尼器对空间桁架结构减震作用研究

为研究粘滞阻尼器对大跨空间桁架结构减震控制作用,在某体育馆屋盖不同部位设置粘滞阻尼器,输入三向地震波进行时程分析。以屋盖结构水平向位移、加速度及构件内力为减震控制目标,计算分析表明,设置粘滞阻尼器能有效抑制结构在地震作用下响应;屋盖结构均匀布置阻尼器较集中布置减震效果好;结构减震效果不随阻尼系数的增大而线性提高,且存在较优值范围;不同地震烈度下粘滞阻尼器对空间桁架结构减震控制均有明显效果;粘滞阻尼器在不同地震波输入时滞回曲线均较饱满,呈现典型速度相关型阻尼器特征。研究结果对粘滞阻尼器用于大跨空间结构减震控制具有一定参考价值。     

Configuration optimization of dampers for adjacent buildings under seismic excitations

Passive coupling of adjacent structures is known to be an effective method to reduce undesirable vibrations and structural pounding effects. Past results have shown that reducing the number of dampers can considerably decrease the cost of implementation and does not significantly decrease the efficiency of the system. The main objective of this study was to find the optimal arrangement of a limited number of dampers to minimize interstorey drift. Five approaches to solving the resulting bi-level optimization problem are introduced and examined (exhaustive search, inserting dampers, inserting floors, locations of maximum relative velocity and a genetic algorithm) and the numerical efficiency of each method is examined. The results reveal that the inserting damper method is the most efficient and reliable method, particularly for tall structures. It was also found that increasing the number of dampers does not necessarily increase the efficiency of the system. In fact, increasing the number of dampers can exacerbate the dynamic response of the system.     

磁流变阻尼器MNS模型参数不确定性分析

磁流变阻尼器(Magneto-Rheologicaldamper)因其优异的性能,在地震和风荷载下的结构振动控制中有广阔的应用。采用磁流变阻尼器进行结构控制时,建立相对精确的非线性模型是设计控制策略重要因素之一,也是保证对其进行数值分析时具有较高可信度的关键因素之一。从传统优化方法获得的确定性模型参数无法考虑由于磁流变阻尼器的现象学模型(phenomenological model)内在的不确定性,从而可能导致阻尼器模型出现不准确的预测。使用马尔可夫链蒙特卡洛方法,该研究对磁流变阻尼器的Maxwell Nonlinear Slider (MNS)模型的不确定性分析,并通过与现有200 kN足尺磁流变阻尼器试验结果,证明了概率模型能够更好地预测磁流变阻尼器在预定的正弦曲线位移和实时混合模拟的位移响应下的输出力和能量耗散,从而为进一步分析结构在磁流变阻尼器控制下的响应预测提供了更为有效的工具。     

粘滞阻尼器拱桥结构减震控制研究

基于现代控制理论,将设有粘滞阻尼器耗能支撑的拱桥减震结构看作一控制系统,利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对拱桥减震结构进行动态仿真分析,研究粘滞阻尼器参数选择以及在受到地震激励作用下该被动减震系统用于拱桥的减震效果。对粘滞阻尼器采用简化M axwell模型,就其阻尼器的阻尼系数、速度指数等参数的取值进行了详细的模拟计算与分析,证实对于算例中的拱桥结构所采用的粘滞阻尼器计算模型,在一定范围内,速度指数取0.6~0.9之间,结构反应最小。拱桥减震结构动态仿真分析结果表明:安装了粘滞阻尼耗能支撑的拱桥地震动力反应有较明显地减小。     

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.     

分级地震下跨断层高铁简支梁桥行车安全与抗震设计优化研究

以跨越走滑断层的某高速铁路八跨简支梁桥为研究对象,基于OpenSEES平台建立其考虑梁-轨相互作用的线桥体系非线性数值模型,合成平行断层方向的水平地震动,分析了不同地震动强度下桥梁结构及CRTSII型板式无砟轨道结构的损伤特性,量化评定了结构构件的地震安全性。基于规范给出的轨道水平变形控制标准,评价了不同车速下线路的行车安全性,探讨了轨道结构的优化设计。研究结果表明:断层跨及其邻跨的地震响应最大,强震下面临严峻的破坏风险;地震下轨道水平变形明显,存在行车安全隐患的位置主要集中在断层跨及其两侧邻跨梁端;增加轨道侧向挡块数量可有效降低轨道水平变形,将侧向挡块增加至每跨每线6对时,罕遇地震下,除断层跨梁端处轨道的平行转角外,其余位置的轨道水平变形指标仍能满足车速为100 km/h时的行车安全限值。