橡胶隔震支座的非线性建模及参数识别研究

摘要

基础隔震技术作为当前地震反应控制中发展地最早、最快和最有效的理论，其主要工作部件——橡胶隔震支座（高度非线性材料）的健康状态是关系到整个结构使用寿命和生命财产安全的重要因素，因此，对它进行参数识别和状态评估成为当前一项亟待研究的课题。 为了模拟橡胶隔震支座的非线性动力行为并且在损伤发生后能够立即对它的健康状态进行评估和诊断，首先要为橡胶隔震支座建立一个合适的迟滞模型。目前，在描述结构非线性行为方面的迟滞模型有：分段线性模型、多项式模型以及光滑曲线模型等。本文提出了模型的选择标准，并应用简化的Wen模型为橡胶隔震支座的非线性动力行为进行建模。在此基础上，分析了该模型非线性参数的敏感性，并用实验方法测得GZN110型橡胶支座的相关力学参数。通过引入Newmark- 状态转换和分步求解未知参数的方法，使得序贯非线性最小二乘方法只需测量加速度和激励信号就可以一次辨识支座的所有参数。该方法具有输入量少、滤波稳定、计算精度高和易于实现的优点。本研究首次将该方法应用于橡胶隔震支座的参数识别中。迟滞非线性结构的仿真结果证明了该方法在非线性结构参数辨识中的适用性和有效性。最后，本文通过一系列的实验对该方法的实际应用作了进一步的研究，结果表明，这种简化的Wen模型能较准确地模拟橡胶隔震支座的动态力学行为，应用序贯非线性最小二乘方法得到的隔震支座模型参数与实际值较吻合，而且隔震支座位移的辨识结果与实测结果相当一致，证明了该方法在橡胶隔震支座检测和状态评估中的有效性和准确性。