基础隔震体系的多目标优化研究

摘要

随着基础隔震技术的推广,隔震性能优化成为基础隔震研究的重要内容。本文在多目标优化的理论框架下,通过在Matlab的Simulink环境下的建模分析,实现了对橡胶垫基础隔震体系、滑移基础隔震体系和并联基础隔震体系地震反应优化研究。隔震优化的目标包括,上部结构最大层间剪力、隔震层最大位移；隔震层决策变量包括,屈服系数、名义周期和隔震层阻尼系数等。研究给出了三种基础隔震体系多目标优化Pareto前沿的一般特征及相关量之间的关系。
　　 本文的主要工作和研究成果为:
　　 1)在把握隔震性能优化研究的发展现状基础上,明确隔震优化的关键问题,即基础隔震体系地震反应的多目标优化研究；分析对比了多目标优化的各种算法,选定基于精英策略快速遗传算法(NSGA-Ⅱ)作为本文多目标优化的方法；
　　 2)针对各类隔震结构体系,建立了相应隔震层动力分析模型,并在Simulink环境中予以实现；
　　 3)采用Taft波和El波,对具有不同上部结构特征的橡胶垫基础隔震体系、滑移基础隔震体系和并联基础隔震体系分别进行了多目标优化,获得Pareto前沿。研究表明:采用NSGA-Ⅱ算法对基础隔震体系的地震反应指标进行多目标优化是可行的；橡胶垫基础隔震体系的Pareto前沿具有多模态特征,这种特征不随上部结构形式、地震波的类型和地震烈度的改变而变化；在橡胶垫基础隔震体系中,比较合理的隔震层名义周期Tb约为3s,当Tb<3s时,最大层间剪力系数αf急剧增加,当Tb>3s时,隔震层最大位移dm急剧增加；当决策量包含阻尼比ζ时,Pareto前沿中的最优值一般集中在阻尼比ζ较大的区域。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 基础隔震概述

1.2.1 基础隔震的发展历程

1.2.2 基础隔震的减震机理和特性

1.2.3 基础隔震的优势

1.2.4 基础隔震的分类

1.2.5 夹层橡胶垫隔震

1.2.6 摩擦滑移基础隔震

1.2.7 并联复合基础隔震

1.3 基础隔震体系隔震性能优化的发展现状

1.4 本文研究内容和意义

第二章 工程多目标优化

2.1 多目标优化概述

2.2 多目标优化的进化算法[10]

2.2.1 多目标遗传算法(MOGA)

2.2.2 向量评价遗传算法

2.2.3 聚合函数法

2.2.4 小生境Pareto遗传算法

2.2.5 Pareto存档进化策略

2.2.6 强度Pareto进化算法

2.2.7 协同进化多目标优化算法

2.2.8 多目标优化免疫算法

2.2.9 多目标优化PSO算法

2.2.10非支配排序遗传算法

2.3 基于精英策略的遗传算法NSGA-Ⅱ

2.3.1 非支配排序遗传算法(NSGA)

2.3.2 基于精英策略的遗传算法NSGA-Ⅱ[16]

第三章 基于Simulink的基础隔震建模

3.1 Simulink和Stateflow[25]

3.1.1 Simulink和Stateflow简介

3.1.2 主要模块简介

3.2 上部结构计算模型

3.2.1 上部结构计算模型概述

3.2.2 多自由度层剪切模型[26]

3.3 优化目标、决策变量和约束条件的选择

3.3.1 优化目标的选择

3.3.2 决策变量的选择

3.3.3 约束条件的选择

3.4 隔震层动力模型

3.4.1 橡胶垫隔震支座的动力模型

3.4.2 滑移隔震支座的动力模型

3.4.3 并联隔震支座的动力模型

3.5 Simulink中建模[26]

3.6 地震波的选择

3.7 算例介绍

第四章 橡胶垫基础隔震体系多目标优化研究

4.1 6层橡胶垫基础隔震结构的优化结果:

4.2 10层橡胶垫基础隔震结构的优化结果

4.3 本章小结

第五章 滑移基础隔震体系的多目标优化研究

5.1 6层滑移基础隔震结构优化结果

5.2 10层滑移基础隔震结构的优化结果

5.3 本章小结

第六章 并联基础隔震体系多目标优化研究

6.1 调幅Taft波作用下6层并联隔震结构优化结果

6.2 调幅E1波作用下6层并联隔震结构优化结果

6.3 调幅Taft波作用下10层并联隔震结构优化结果

6.4 调幅E1波作用下10层并联隔震结构优化结果

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 研究总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文