位移型和速度型阻尼器減震對比研究及優(yōu)化設計.pdf

1、由于消能減震結構具有減震機理明確、減震效果顯著且安全可靠等優(yōu)點，易于在工程中推廣應用，因此，三十多年來，國內(nèi)外學者對各種消能裝置的試驗、理論分析和控制設計方法進行了大量研究，并取得了諸多成果，消能減震技術在新建工程和震損建筑減震、加固中的應用形式和范圍也越趨廣泛。目前，我國《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)中已經(jīng)增加了有關消能減震的內(nèi)容，位移型和速度型兩類被動阻尼器是其中需要重點研究和推廣的技術。對于形式多樣、要求各異的工

2、程結構，如何在推廣應用消能技術時，選擇適合的阻尼器類型并進行阻尼器的合理優(yōu)化設計將關系到這一技術的發(fā)展前景，具有重要的現(xiàn)實意義，值得進一步探討研究。在此背景下，本文主要進行了以下幾個方面的工作： (1)從時程分析的主體—結構著手，提出根據(jù)不同結構模型進行阻尼器選型的方法。鑒于層彎剪型模型在彈塑性分析中存在的問題，對剛度矩陣的修正進行了合理地近似處理。根據(jù)動力等效準則設計了與層彎剪型模型第一頻率和振型相同且各層質(zhì)量也相同的剪切型結

3、構，編制了不同計算模型結構的彈塑性時程分析程序；在為結構提供相同附加阻尼比的前提下，對彎剪型和剪切型兩種不同形式結構在位移型和速度型阻尼器控制下的非線性地震反應分別進行分析比較。數(shù)值分析結果表明，對于不同模型的結構，達到相同抗震性能目標下所需位移型阻尼器和速度型阻尼器的數(shù)量不同，且兩種類型被動阻尼器的減震效果也不同，建議在進行消能減震技術應用時，可以根據(jù)確定的結構分析模型形式以及結構空間狀況選用適當類型的被動阻尼器進行振動控制，給出可供

4、工程參考的初步結論。 (2)提出一種新型的阻尼器位置優(yōu)化目標函數(shù)，可以綜合考慮結構安全性和舒適度的要求。在阻尼器數(shù)量一定的前提下，利用遺傳算法對位移型阻尼器進行位置優(yōu)化，并對目標函數(shù)中不同的加權系數(shù)組合進行了初步探討。在四類不同場地條件下，對低、中、高層三種不同結構進行阻尼器位置優(yōu)化，并對阻尼器最優(yōu)布置下的結構時程反應進行分析對比。數(shù)值分析表明，根據(jù)新型優(yōu)化函數(shù)得到的阻尼器優(yōu)化布置可以有效地控制結構反應；通過比較不同加權系數(shù)組合

5、情況下的阻尼器最優(yōu)布置方案，給出有關位移型阻尼器優(yōu)化布置方面的幾點建議以供設計、應用參考。 (3)提出了阻尼器位置優(yōu)化的兩個評價指標。在阻尼器數(shù)量一定的前提下，以遺傳算法為手段，利用新型位置優(yōu)化目標函數(shù)，在四類場地條件下，對短、中、長周期三種結構分別進行了位移型和速度型阻尼器的位置優(yōu)化。對兩種類型阻尼器最優(yōu)布置下的結構非線性地震反應進行數(shù)值分析，以本文提出的兩個評價指標為性能指標，將不同消能結構的振動控制效果進行量化比較。數(shù)值分

6、析表明，不同類型阻尼器在不同結構和場地條件下進行位置優(yōu)化時，目標函數(shù)中的最優(yōu)系數(shù)組合取值各有特點，為工程應用中針對不同類型阻尼器選取適當形式的優(yōu)化目標函數(shù)提供了一定的參考。 (4)將基于位移的抗震設計方法應用于新建或震損建筑減震、加固中阻尼器的設計。針對根據(jù)已有多自由度體系目標位移公式計算高層、超高層結構的不合理性，提出了一種修正的結構目標位移計算公式，建立了目標位移和結構性能指標之間的關系。以一定設防等級下結構控制部位的目標位

7、移作為已知條件，而將消能減震裝置作為未知條件，根據(jù)兩種類型阻尼器的等效剛度和等效阻尼比公式，通過等效單自由度體系的逆向計算，進行滿足相同結構預期性能目標下的不同類型阻尼器參數(shù)設計。以一高層鋼結構建筑為例的數(shù)值分析表明，采用此方法設計的阻尼器能夠滿足結構預期的性能目標，設計方法比較簡便實用。 (5)結合國際上通用的結構振動控制性能評價平臺—Benchmark三種結構模型，利用非線性結構振動控制Benchmark評價性能指標，對位移