相邻结构耗能减震优化布置研究

摘要

随着城市化步伐的加快，城市人口的增长导致建筑物的密度越来越大，相邻结构的间距不断减小。强震作用下建筑物之间可能发生相互碰撞，使建筑结构受损。如果在相邻结构之间安装阻尼器，利用阻尼器耗散一部分地震输入能量，既能避免结构发生碰撞，又能减小结构的振动反应。阻尼器连接相邻结构减震效果与阻尼器参数及布置相关。因此，对相邻结构之间的阻尼器布置进行耗能减震优化研究，具有重要的现实意义。本文通过理论分析和数值模拟等方法，考虑阻尼器非线性性能，对相邻结构间阻尼器的楼层布置和阻尼系数进行同步优化分析。
　　首先，以结构位移均方值最小为优化控制目标，运用Kuhn-Tucker优化原理，推导出线性粘滞阻尼器阻尼比最优值计算公式。然后，对阻尼器的安装位置和阻尼系数分配方式设计了7种方案，分别在El Centro波、Taft波和Shw波（人工波）三种典型地震波作用下，对比分析了相邻结构在阻尼器连接前后的地震反应。比较了各设计方案下结构的位移时程、剪力时程、阻尼器力-位移滞回曲线以及能量时程曲线，分析了相邻结构地震反应与阻尼器连接位置及阻尼系数分配方式的影响规律。
　　在此基础上，由于一般粘滞阻尼器具有速度型非线性性能，因此本文还研究了非线性阻尼器的优化布置问题。以相邻结构整体振动能量最小为控制目标，探讨其与连接阻尼器阻尼系数的关系，分析得出阻尼系数的最优值。研究发现，线性阻尼器阻尼值的优化计算公式不完全适用于非线性阻尼器，两种情况下的优化参数值有一定差别，但可根据线性阻尼器的优化值近似估计非线性阻尼器的最优值。最后，建立了12-10层相邻结构有限元模型，考虑两种阻尼器优化布置方案，在El Centro波激励下，对比分析了结构的地震反应和减震效果。
　　上述结果表明，当阻尼器只布置在相邻结构顶层时，减震效果最好；当阻尼器按倒三角形布置时次之，且减震效果相近。线性阻尼器阻尼值的优化公式不完全适用于非线性阻尼器，非线性阻尼器优化阻尼参数约为线性阻尼器最优值的1/5。基于优化阻尼值近似算法，可估计非线性阻尼器的最优值。采用非线性阻尼器连接相邻结构，阻尼系数变小，产生的阻尼力也较小，而且结构整体减震效果更好。阻尼器布置在多层，有利于阻尼力均匀分散，利于节点设计。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 相邻结构耗能减震基本原理

2.1 耗能减震基本原理

2.2 耗能减震器分类

2.3 减震结构计算假定

2.4 粘滞阻尼器恢复力模型

2.5 结构分析模型及运动方程

2.6 阻尼器优化参数理论表达式

2.7 本章小结

3 阻尼器位置及阻尼分配设计

3.1 原相邻结构地震反应分析

3.2 线性阻尼器最优阻尼确定

3.3 阻尼器位置及阻尼分配

3.4 本章小结

4 线性阻尼器连接相邻结构优化分析

4.1 算例1位移反应

4.2 算例1层间剪力反应

4.3 算例2位移反应

4.4 算例2层间剪力反应

4.5 减震效果分析

4.6 本章小结

5 非线性阻尼器减震优化研究

5.1 单自由度体系优化阻尼

5.2 多自由度体系优化阻尼

5.3 线性与非线性阻尼器减震效果比较

5.4 本章小结

6 工程算例分析

6.1 工程概况

6.2 算例分析

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 研究结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果

致谢