粘滞阻尼器—隔震结构混合体系阻尼器参数优化研究

发布时间：2020-03-26 21:15

【摘要】：在隔震结构中,粘滞阻尼器可与隔震支座联合使用进行建筑结构抗震设计,通过设置阻尼器减小隔震层的变形,然而,隔震层中设置何种阻尼器以及阻尼参数的确定是需要考虑的问题,目前相关文献的研究结论存在分歧。本文在选定优化目标的基础上优化阻尼器,研究了阻尼器对隔震结构的影响机制,主要的内容包括:(1)非比例阻尼矩阵的构造。从振型分析的角度构造了隔震结构的非比例阻尼矩阵,对上下部结构的阻尼矩阵各自采用两种不同圆频率比较,比较体系振型阻尼比之间的差异,确定较为合理的结构体系的整体阻尼矩阵。利用Simulink工具箱分别模拟隔震支座及粘滞阻尼器的恢复力模型,并通过参数识别探索了各自力学模型各参数的影响机制。(2)层间隔震结构运动方程的建立。假设地震作用下,隔震层上下部结构处于弹性状态,而隔震层产生弹塑性变形,本文采用Bouc-Wen模型模拟隔震支座的恢复力-变形行为,将层间隔震结构简化为多质点体系,建立了地震作用下框架层间隔震结构的动力分析模型及体系运动方程,在此基础上结合四阶龙格-库塔法进行MATLAB相关时程分析程序的编制,实现结构体系的弹塑性时程分析,得到结构的地震响应。(3)粘滞阻尼器参数的多目标优化。首先简要介绍了Pareto最优解集的相关概念及非支配排序多目标遗传算法NSGA-Ⅱ的原理,选取一层间隔震结构算例,确定了建立运动方程所需的各层质量刚度参数的值,并进行模态分析,对比隔震结构与非隔震结构振型与周期的差异;MATLAB编程将时程分析法与NSGA-Ⅱ算法结合,选定隔震层的位移及上部结构的总位移为优化目标,将粘滞阻尼器的阻尼系数与阻尼指数作为优化参数,多目标优化得到每条地震波的Pareto前沿,研究其优化进程。(4)粘滞阻尼器参数研究。在取得一系列阻尼器参数的Pareto解集的基础上,研究了阻尼器的参数分布,全面探讨优化所得的阻尼器设置对结构地震响应的影响,比较了设置阻尼器前后上下部结构各层层位移峰值,各层绝对加速度峰值以及基底剪力最大值,通过调整阻尼器的减震效果,进而探讨阻尼器减震效果的调整变化对这些结构响应的影响,另外,对设置阻尼器前后隔震层的恢复力及阻尼器的输出力也进行研究。(5)粘滞阻尼器的优化分析。为研究隔震层设置的阻尼器对隔震结构的影响机制,取隔震层的速度响应进行FFT谱分析,研究了优化所得阻尼器线性程度与隔震层运动特征的关系,探讨影响隔震层最大减震率的因素,对于层间隔震结构,提出了两种不同方法来衡量隔震层处所设置阻尼器的附加阻尼比,包括频率分析、反应谱分析手段,进而利用反应谱研究了附加阻尼比对结构反应的影响,并对体系进行了能量响应分析,探索了设置阻尼器前后体系能量机制的变化。(6)粘滞阻尼器-基础隔震混合体系的参数优化。首先进行模态分析,研究了层间隔震结构与基础隔震结构自振特性的不同之处,取不同的阻尼比及频率构造阻尼矩阵,选用相同的几条地震波进行优化,得到Pareto解集,并研究了阻尼器的减震效果,对比两个完全不同模型优化分析结果的差异,更加深入地剖析了优化所得阻尼器的线性程度与隔震层运动特征的关系,鉴于基础隔震结构的不同,利用另一种反应谱分析方式来衡量设置阻尼器后隔震层的附加阻尼比,全面分析了在隔震结构中使用阻尼器产生的效果,并进行了能量响应分析对比。(7)近断层地震基础隔震体系地震响应分析。比较了近震与远震的时程曲线及反应谱的差异,研究了近震及远震能量谱的特点,鉴于近断层地震对隔震结构的影响,对比了相同地震波不同测站台测得的近震及远震对基础隔震结构的影响,进而探讨了该基础隔震混合控制体系在近震下动力响应的特点,对比了优化所得阻尼器在近震与远震作用下减震效果的差异,突出了近断层地震下阻尼器的良好减震效果。(8)粘滞阻尼器优化参数敏感性分析。采用相同的地震波,主要通过考虑的隔震层水平刚度、铅芯橡胶支座屈服前后刚度比及地震波幅值三个参数的变化,来探讨这三个参数对阻尼器减震效果的影响以及之间存在的规律。(9)阻尼器的择优选取。以基础隔震结构为例,改变阻尼器的参数优化范围,将优化目标控制在阈值内,应用NSGA-Ⅱ算法的优化选取出阻尼器参数并利用其它地震波对其减震效果进行验证,讨论了阻尼器的设计思路。
【图文】：

被动控制系统,基本原理,大地震,隔震技术

被动控制系统基本原理

模型图,基础隔震结构,模型图,隔震技术

技术的特点是将隔震层设置础上发展而来图 1-3 基础隔震结构模型图的特点是将隔震层设置于结构的某一层柱端与上一层础上发展而来的一种隔震技术[5]。层间隔震技术的提一层柱端与上一层
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.12

【参考文献】