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速度相关型被动消能体系设计方法与优化控制

陈敏  
【摘要】: 在结构中合理的设置阻尼器(即被动消能装置)可以吸收或消耗输入结构中的一部分地震能量,减小结构位移,改善结构的抗震性能,使可能的结构损坏降低到最低程度。近年来,被动消能作为地震控制的一种新技术,在新建的和加固改造的土木工程结构中已得到快速的应用,其理论研究也愈来愈得到重视。目前,被动消能技术仍在不断的发展之中,许多问题需要进一步研究。本文共分为五章,针对速度相关型被动消能体系的设计方法与优化控制问题进行研究,得到了以下成果: 1、对粘滞阻尼器被动消能体系提出了改进的基于位移设计方法。以静力非线性分析(Pushover)方法为基础,绘制出多自由度结构等效单自由度结构体系的二折线恢复力骨架;选择合适的地震波对其进行非线性时程分析,直接确定所需阻尼器的附加阻尼比。本文针对新建和加固改造的房屋结构的不同特点,对它们的设计方法分别进行了说明。对于被动消能体系,指出采用振型分解反应谱法对尚未安装阻尼器的无控结构进行设计时,需要考虑阻尼器附加阻尼比的影响。 2、提出了确定所需粘弹性阻尼器的附加阻尼比的简单迭代方法,使改进的基于位移设计方法能够应用于粘弹性阻尼器被动消能体系。根据粘弹性阻尼器等效刚度和阻尼系数的相关性,建立了粘弹性阻尼器在消能体系中附加阻尼比与其附加刚度的关系式。对于假定的附加阻尼比,计算出其相应的附加刚度,再对等效单自由度体系进行非线性时程分析,直到最大位移响应在目标位移精度范围内为止。讨论了粘弹性阻尼器的附加刚度对尚未安装粘弹性阻尼器的新建结构采用振型分解反应谱方法设计的影响,并对地震影响系数修正公式的选取提出了建议。本文给出算例对提出的速度相关型被动消能体系基于位移设计方法进行了验证,结果表明该方法简单直接,精度可靠。 3、不拆分运动方程中粘弹性阻尼器的控制力,构造Lyapunov函数,从随机响应的角度出发计算粘弹性阻尼器附加给结构的阻尼比,使得粘弹性阻尼器对结构的减震控制可以只用附加阻尼比来表征,给粘弹性阻尼器被动消能体系设计带来了有效的简化。拆分阻尼器控制力,用同样的方法得出的粘弹性阻尼器附加阻尼比计算公式和目前常用的计算公式完全相同。本文对两种方法进行了比较,表明单自由度体系或者多自由度结构的等效单自由度体系的地震响应在弹性范围内时,本文方法具有足够的精度。 4、把速度相关型被动消能体系当作一个控制系统,基于EE、EP增益指标对感兴趣的被调输出(如层间位移)进行了优化控制。对于一定数量的阻尼器,利用


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