李浩[1]2011年在《混凝土结构抗震性能的不确定性分析与研究》文中提出不确定性分析是土木工程领域的一个重要而广泛的研究方向。不确定性分析的理论及方法既是真实反映实际工程不确定性问题的数学语言,也是有效处理实际工程不确定性问题的计算逻辑。包括贝叶斯理论、区间分析等在内的不确定性基本理论,使结构不确定性分析方法具有更为广泛的理论基础,拓展了以往经典概率为基础的分析方法所涉及的工程应用领域。围绕结构抗震分析,本文主要的研究内容总结如下：(1)构造了基于贝叶斯网的专家系统通用原型机用于结构工程的诊断评估。在该系统中,领域知识采用离散贝叶斯网表达,系统的推理采用合树算法。系统的构造采用了模块化设计思路。系统依据功能可划分为用户界面模块、贝叶斯网编辑模块以及推理模块。用户界面模块接受用户的输入,包括贝叶斯网的编辑、证据的输入以及最终结果的输出；推理模块负责将贝叶斯网编译为合树、根据证据进行不确定性推理以及边缘化最终的联合概率；编辑模块实现用户界面动作到贝叶斯网构造的转变。本文以钢筋混凝土耐久性诊断为例,说明了贝叶斯网合树算法的推理过程；结合钢筋混凝土结构的抗震性能评估,演示了该系统如何在信息不完备这类土木工程中常见的不确定性环境下的具体应用。(2)根据所搜集到的1918条地震记录,对具有不同屈服水平系数及周期的单自由度体系作了弹塑性时程分析,通过拟合得到了简化的延性需求计算公式；根据回归分析构造了一个新的参数用于描述地震频谱特性对延性需求的影响。在此基础上,建立了一个10节点的连续型贝叶斯网用于地震延性概率需求分析。该模型可以根据观测数据不断修正概率分布从而得到更准确的后验分布。贝叶斯网的后验分布是一个非常复杂的高维积分问题。本文引进马尔科夫链蒙特卡罗模拟方法,即基于Metropolis-Hastings采样及收敛性检验算法,计算给定地震强度观察值条件下延性需求的后验分布。算例分析了各地震强度参量及观测值对延性需求预测结果的影响。(3)通过收集12次近场地震的71条地震纪录,分析了三种典型框架结构在近场地震作用下的响应,提出了两个基于模糊代表值的新地震强度指标。第一个地震强度指标是根据结构模糊周期,通过扩张原理获得相应的谱速度平方值模糊集,再由模糊集取重心而确定的代表值。对于中长周期的两种典型框架结构,新指标相较于已有的9种指标表现出较好的充分性和有效性。另一个强度指标则以推覆分析中模糊化的加载力向量为基础,通过扩张原理及推覆分析得到结构位移延性模糊集再取代表值求得。分析表明该指标对中短周期结构具有较好的充分性和有效性。总体说来,模糊代表值化的新地震强度指标考虑了结构在环境作用下所具有的模糊性,因此具有较高的充分性和有效性。(4)“强剪弱弯”是保证结构延性的一个重要设计概念。本文采用区间变量表达认知不确定性,对钢筋混凝土框架柱的强剪弱弯性能进行了非经典概率可靠性分析。根据失效事件对基本事件的包含关系建立了“强剪弱弯”可靠性概率区间模型。对于含有区间值参数的结构承载力计算,引进泰勒模型以减少由于区间扩张而导致的过大误差。引进考虑“不可行度”的模拟退火遗传算法确定“强剪弱弯”的大致设计区间,根据该设计区间进行重要性采样模拟从而得到了失效概率区间。误差分析表明该方法具有较好的精度。最后通过算例分析了各设计因素对“强剪弱弯”可靠性的影响,并提出了相应的设计建议。
吴臻[2]2000年在《地震作用下结构响应的预测及模糊预测控制》文中进行了进一步梳理本文研究了传统预测的方法和局限性，以及模糊神经网络的优良性能。在传统预测理论中添加了一种新型模糊Modular神经网络模型，形成了基于模糊神经网络的预测方法。它综合考虑了结构各种模糊因素的影响，克服了传统预测方法的缺点，具有基于对象的物理特性，而非其数学模型的优点。接着对某一建筑结构的地震响应进行了预测。这样的在线实时预测地震下结构各层响应，可为建筑结构的主动控制提供较为准确的优化性能指标，因此可为实现在线实时控制结构响应提供优良的保证。 在研究过程中，首先建立模糊神经网络的模型，确定网络的参数，然后将用Wilson-θ法计算出的各层前2秒的响应值作为样本输入到网络中训练和学习，最后对2秒后的响应进行预测。预测结果显示，本文所用的模糊Modular神经网络具有良好的预测功能，预测的精度高，花费时间少。文中还讨论了在网络参数不同时预测精度和花费时间的变化。基于本文提出的模糊神经网络预测控制系统的初步应用，本文对单自由度的结构进行了预测控制。结果表明，该模糊神经预测控制系统具有良好的性能和特点，控制效果令人满意。
刘彦辉[3]2009年在《带有分布参数的串联体系地震响应分析及智能控制》文中研究说明带分布参数的串联体系是土木工程中常见的结构体系,比如：高压电气设备支架串联结构、高层框架结构、高层框架-剪力墙结构等。由于这类串联体系既有集中参数又有分布参数,而且集中参数与分布参数的节点又有柔性连接的情形,同时在地震作用下会产生较大的倾覆弯矩,因此在地震作用下带分布参数的串联体系地震响应求解、被动隔震及智能隔震比较复杂。为此本文针对带分布参数的串联体系地震响应求解、被动隔震及智能隔震的几个热点、难点问题展开研究,其中主要的工作有以下几方面：(1)首先以单节柔性节点高压电气设备为研究对象建立单节分布参数串联体系的动力分析模型,通过分布参数梁振动理论,避免对结构的离散,集中参数通过边界条件的引入,推导出其频率方程,根据Betti定律,推导出具有单节带分布参数柔性节点串联体系的正交条件,应用此正交条件对集中参数与分布参数的振动方程解耦,推导出该单节带分布参数串联体系的广义质量及广义荷载,进一步通过振型叠加的方法求解结构的地震响应。仿真结果表明,该半解析法与有限元法计算结果相一致,说明该半解析法的正确性。最后将上述方法应用于多节柔性节点带分布参数串联体系,求解多节柔性节点高压电气设备支架串联体系的地震响应。(2)建立了高层剪力墙结构动力分析简化模型,仿照推导柔性节点带分布参数串联体系地震响应半解析解的方法,推导出多节刚性节点带分布参数串联体系——高层剪力墙结构地震响应的半解析解；进一步建立了高层框架-剪力墙结构的动力分析模型,框架结构部分对整体结构的影响通过边界条件的引入,然后通过应用求解多节刚性节点带分布参数地震响应的求解方法求解框架-剪力墙结构的地震响应。仿真结果显示,建立的高层结构动力分析简化模型优于悬臂梁模型,而且本文推导的求解地震响应的半解析解是正确的及计算工作量小。(3)通过并联橡胶隔震支座,实现以带分布参数的高架电气设备支架串联体系的隔震,然后建立高架电气设备支架串联隔震体系的力学模型,通过串联体系集中参数与分布参数的振动方程,推导出该串联隔震体系的频率方程、振型正交条件、广义质量与广义刚度,由于该串联隔震体系为非比例阻尼体系,通过把该串联隔震体系的非比例阻尼分解为比例阻尼部分和非比例阻尼部分,非比例阻尼部分由隔震支座的阻尼所引起,应用Hamilton原理推导出非比例阻尼部分等效振型阻尼,从而实现该体系运动方程的解耦,通过振型叠加法进行该串联隔震体系地震响应的求解。最后进行有限元软件数值积分法求解的地震响应与该半解析法求解地震响应的比较,分析半解析法求解地震响应的正确性及隔震技术的有效性。(4)针对以高层建筑为研究对象的带分布参数串联体系,研制出双向抗拔滑动装置,该双向抗拔滑动装置既能抵抗拉力又能承受压力。将该装置设置于隔震层较大拉力的位置,与夹层橡胶隔震垫同时使用,当高层建筑在地震作用下倾覆力矩较大时,该双向滑动装置可以抵抗倾覆力矩产生的拉力,使夹层橡胶隔震垫处于受压状态。然后建立刚性节点带分布参数串联隔震体系力学模型,用推导多节柔性节点带分布参数串联隔震体系地震响应求解的方法进行推导求解刚性节点带分布参数串联隔震体系地震响应的半解析解。(5)针对带分布参数的串联体系,借用本课题组提出的序列最优控制算法,推导出序列最优模态控制算法,然后用该算法进行带分布参数串联体系的智能隔震。由于序列最优模态控制算法振动控制时需要结构全状态,在工程应用中难于实现,因此,提出了针对序列最优模态控制算法的全维状态观测器,实现在振动控制时只要测量容易测量的状态,然后通过全维状态观测器重构结构的全部状态,从而实现序列最优模态控制算法用于带分布参数串联体系的振动控制。由于在线实时控制过程中,结构响应测量、在线计算和驱动器响应都需要消耗时间,因此时滞是不可避免的,为了解决时滞问题,提出了将径向基神经网络和序列最优模态控制算法有机结合而形成的序列最优预测模态控制器,仿真结果表明,在无时滞与有时滞情况下该控制器的控制效率良好。(6)在双向抗拔滑动装置的基础上,设计出双向压电变摩擦控制装置,该控制装置可以在两个方向滑动产生控制力,进一步推导出该控制装置应用于结构振动控制的半主动控制算法。最后设计出一压电变摩擦控制装置,进行数值仿真,根据仿真结果,将该控制装置应用于带分布参数串联体系的智能隔震,显示出良好的控制效果。(7)对目前进行地震响应分析及振动控制仿真软件Simulink作了详细介绍,讲述了Simulink仿真地震响应及振动控制的技术。讲述Simulink的扩展工具——S-函数的工作原理,用Simulink/S-函数实现序列最优模态控制算法变增益矩阵的技术,实现序列最优模态控制算法的模块化。最后通过Simulink软件分别建立经典最优控制算法、线性二次型高斯算法和序列最优控制算法及基于状态观测器的序列最优模态控制算法的仿真模块图。(8)在理论研究和计算机仿真的基础上,进行了带分布参数体系的动力响应、隔震的扫频振动台试验。设计出压电变摩擦控制装置,并进行力学性能试验,然后将该控制装置用于带分布参数隔震体系,分别进行应用Passive-on与Passive-off算法的带分布参数串联隔震体系振动控制的扫频振动台试验,为该控制器的工程应用奠定了基础。(9)将本文带分布参数地震响应分析理论及隔震技术应用于实际工程,进行了完整的带分布参数串联体系隔震分析及设计,通过计算与分析,采用本文的并联橡胶隔震支座进行带分布参数体系的隔震技术具有较好的减震效果。通过讲述该隔震技术的设计过程,为该技术广泛应用于实际工程奠定了基础。
郭剑虹[4]2005年在《基于神经网络的结构智能控制研究》文中研究说明由于结构主动控制对地震反应振动控制的高效性,使主动控制在建筑结构振动控制领域中,具有广阔的应用前景,但是主动控制存在难以建立一个精确的数学模型,存在时滞效应等问题。神经网络不需要建立精确的数学模型,只是通过学习输入输出训练样本数据,就可归纳出隐含在系统输入输出中的关系;应用神经网络预测结构响应可以解决主动控制中的时滞问题,为控制决策提供依据。目前常用的预测神经网络主要有BP神经网络和RBF神经网络。BP神经网络存在学习速度慢、易陷入局部极小的缺点,且BP神经网络的学习,记忆具有不稳定性;与BP神经网络相比,RBF神经网络学习速度快,动态仿真性强,具有较强的非线性输入输出映射功能和全局最优逼近性质,能避免局部最小,能够线性调整权值,不反向传播误差,同时硬件实现相对简单,近年来倍受人们的关注,已成为对各种非线性系统进行实时识别和控制的良好选择。针对快速预测结构动力响应有助于克服结构振动控制中时滞效应的特点及BP网络存在的问题,应用RBF网络对结构的位移、加速度进行了预测,并采用BP网络作对比研究。仿真结果表明RBF神经网络训练速度快、精度高,可及时为主动控制建筑结构响应提供较为准确的优化性能指标。为了进一步提高网络的泛化能力,即对不同的地震激励作用,基于神经网络的结构响应预测都有较高的预测精度,在选择神经网络的输入输出训练样本数据时进行了分析:在预测结构的动力响应时,地震激励是一个不可忽视的因素,因此在选取训练样本数据的时候,就要考虑地震激励的影响。此外,结构本身的动力响应变化趋向也是一个重要的影响因素,因此选取训练样本的时候,还要考虑结构本身的动力响应。选取El-Centro波和应用序列最优控制算法计算所得的结构的响应或控制力作为训练样本,利用Kobe波,North-Ridge波和Taft波及在它们的作用下产生的结构响应或控制力作为新的输入,对结构的动力响应和结构所需的控制力进行了预测,检测网络的性能。仿真结果表明,改进后的RBF神经网络具有较高的泛化能力,可以比较全面的获取结构的动力特性,对不同的地震激励都有相当好的预测结果,完全可以为在线实时控制结构响应提供依据。
白久林[5]2015年在《钢筋混凝土框架结构地震主要失效模式分析与优化》文中认为地震灾害是人类面临的最严重的自然灾害之一,具有极强的随机性,不可预测性和大范围的波及性,严重威胁着人类社会的生存和社会的发展。近年来频繁发生的地震使得建筑结构大量破坏,导致大量的人员伤亡和严重的经济损失。地震动强度和特性的随机性对结构的抗震性能提出了更高的要求。传统的结构抗震设计主要采用基于等效静力的线弹性分析方法,不能很好的考虑结构屈服后的受力状态和整体破坏机制,结构的材料性能未能得到充分发挥,进而出现不可预期和不可控的局部失效模式或薄弱层失效模式,最终使得结构在强震下的抗震性能未达到最优,不能有效抵抗未来潜在地震灾害。因此,通过对结构的地震失效模式进行分析和优化来提升结构的整体抗震性能具有重要的意义。本文以钢筋混凝土框架结构作为主要载体,重点聚焦地震主要失效模式分析、结构等损伤优化和最优地震失效模式设计方法,主要研究了以下内容:(1)由于地震作用的随机性,结构的地震失效模式具有多样性,采用多个侧力模式的Pushover分析可以识别出结构的主要地震失效模式和其对应的失效路径。失效路径中不同位置的构件损伤大小不同,且处于路径最前面的构件损伤最大。综合考虑构件在不同侧力模式下的失效概率和失效路径,提出了通过加强结构局部构件来改善结构地震失效模式的方法,并通过算例分析来验证了所提方法的有效性。(2)针对强震下结构的抗震响应未能均匀分布、结构损伤出现集中、结构材料性能未能得到充分发挥的现象,采用连续模态Pushover方法来获得结构的抗震响应,以结构的层间侧移均匀化为目标,以梁柱构件配筋为设计变量,以等材料造价和最大/小配筋率为约束条件,提出了基于非线性静力分析的结构等损伤优化设计方法。通过算例分析研究了本文方法在控制结构层间侧移、梁柱转角及耗能机制方面的有效性。(3)针对不同地震输入引起结构地震失效模式的差异,分别考虑单一地震输入和多地震输入,以结构的层间位移角最小为目标,以梁柱构件截面尺寸和截面配筋为优化变量,以最大/最小配筋率、梁柱相对刚度比和材料成本增加比为约束条件,提出了可直接考虑构件损伤大小的梁柱优化设计方法。通过算例分析研究了结构在单一地震输入和多地震输入下的优化效率、结构层间侧移的降低效果和不同强度地震下本文优化方法的有效性。(4)以我国建筑抗震设计规范反应谱为目标谱,采用无约束的非线性最小二乘方法合成了耐震加速度时程曲线,并以此作为输入研究了单自由度弹性体系和弹塑性体系的抗震响应分析,包括阻尼比的依懒性、非线性位移响应和滞回耗能分析;系统研究了钢筋混凝土框架结构在不同强度下的顶点位移响应、基底剪力响应、最大层间位移角响应和滞回耗能分析,并与大量天然地震动响应进行对比;研究了结构在大震下的层间位移角分布和楼层剪力分布。研究了在耐震加速度时程输入下结构的塑性铰出现概率和梁柱转角分布及大小,探讨了耐震时程法应用于结构的失效模式分析的可行性。(5)采用“强柱弱梁”整体失效模式作为结构设计的目标模式,考虑结构不同模态的地震输入能量和结构滞回特性差异对耗能能力的影响,提出了修正的能量平衡方程;由于不同结构具有不同的滞回特性和能量耗散能力,发展了滞回耗能修正系数来考虑非弹性应变能的差异;评估了已有塑性设计方法的有效性,并在此基础上发展了基于能量平衡的塑性设计方法来实现结构的整体失效模式。采用基于能量平衡的塑性设计方法来设计结构,并与规范设计结构进行全面对比分析。评估了具有不同几何配置的结构采用基于能量平衡的塑性设计方法来实现结构整体失效模式的有效性和可行性。由于按照传统规范设计的RC框架结构不能确保其在强震下出现“强柱弱梁”整体失效模式,在保持梁截面设计不变以表征结构的自重作用和设防地震作用的前提下,采用塑性内力计算中的“柱树”方法对结构柱进行重新设计来实现结构的“强柱弱梁”整体失效模式。对两个规范设计结构进行重新设计,分析表明本方法可实现结构的“强柱弱梁”整体失效模式。(6)为充分发挥防屈曲支撑稳定的耗能能力,将防屈曲支撑添加进RC框架中形成双重抗侧力体系。为实现该结构的“强柱弱梁”整体失效模式,将上述(5)中发展的基于能量平衡的塑性设计方法拓展到此体系中。首先将结构体系离散成纯框架体系和纯支撑体系,进而推导出总结构的屈服位移,再根据能量平衡获得的结构设计剪力进行防屈曲支撑的截面设计,最后根据支撑作用在框架上的内力和框架的塑性内力来完成梁柱截面设计。通过对两个结构的设计和分析表明该方法能实现结构的“强柱弱梁”整体失效模式,这为基于能量平衡的塑性设计方法在其它双重抗侧力体系中的应用提供了重要参考和借鉴。
马千里[6]2009年在《钢筋混凝土框架结构基于能量抗震设计方法研究》文中研究说明本文全面阐述了基于能量抗震设计方法的研究现状,针对钢筋混凝土框架结构基于能量抗震设计方法进行了系统深入的研究。主要研究工作和成果如下:(1)抗震分析用地震动强度指标选取。通过分析SDOF系统和MDOF系统主要地震响应与已有的不同地震动强度指标之间的相关性的方法,对已有的主要地震动强度指标在抗震分析中的适用性进行了分析,并给出了合理建议。(2)静力弹塑性分析方法在RC框架结构中的适用性。以逐步增量弹塑性时程分析结果为基础,分析了传统定侧力推覆分析和多模态推覆分析方法对结构地震响应的准确性,为结构变形和累积滞回耗能的研究奠定基础。(3)结构屈服后刚度对地震响应的影响。研究了结构参数和地面运动参数对剪切型MDOF系统地震响应的影响,讨论总结了提高结构屈服后刚度的方法。在此基础上,针对RC框架结构,提出框架结构应尽量形成整体型屈服机制。(4) RC框架结构“强柱弱梁”机制的研究。介绍了世界主要国家规范“强柱弱梁”设计方法,并针对我国规范设计方法所存在问题进行了研究,同时,对“强柱弱梁”设计方法提出了相应的改进建议。(5) RC框架结构最大层间位移和构件变形预测。提出了具有整体型屈服机制的RC框架结构弹塑性层间位移预测简化方法,既避免了大量弹塑性时程分析,又可以近似考虑地震响应的离散性。(6) RC框架结构累积滞回耗能分布简化计算方法。统计分析了具有不同柱梁抗弯承载力比的RC框架结构累积滞回耗能分布规律,并针对符合损伤模式控制的RC框架结构,提出了累积滞回耗能分布简化计算方法。(7) RC框架基于能量的抗震设计方法。基于本文的研究成果,采用变形和累积滞回耗能双重指标,并结合基于位移抗震设计方法与现有梁、柱构件的含累积耗能指标的损伤模型,建议了RC框架结构基于能量抗震设计方法,并通过算例说明了设计方法的应用。与时程分析方法的对比结果表明,所设计结构各抗震水准下的承载力、变形和累积滞回耗能性能明确,满足性能目标。
刘阳[7]2014年在《高层隔震结构地震响应及损伤评估研究》文中研究表明随着城市化进程的加速，我国高层建筑结构的建造数量日益增加。但1999年集集地震和2010年智利地震中高层建筑结构遭受严重破坏的震害表明，其抗震性能正面临严峻考验。自我国发生汶川地震及雅安地震后，为了防止地震作用对高层建筑结构造成严重损伤破坏，通过在高层建筑结构的基础中设置隔震层的高层隔震技术应用得到迅速发展。研究高层隔震结构在强震中的地震响应及损伤机理具有重要的现实意义。由于地震动的不确定性，如何采用合理有效的地震强度来评价高层隔震结构的性能状态，并对高层隔震结构进行地震响应预测及损伤性能评估等问题，已成为高层隔震结构实际工程应用和技术发展的障碍。针对以上问题，考虑到地震动的复杂性和高层建筑结构的振动特性，提出高层隔震结构的有效地震强度指标、地震响应预测理论及地震碰撞损伤性能评价方法。主要研究工作和成果如下：(1)采用动力弹塑性时程方法对高层隔震结构等效单自由度简化模型和三维空间模型进行6类地震强度指标相关性效果比较研究。6类指标包括地震波加速度峰值(PGA)、地震波速度峰值(PGV)、地震波位移峰值(PGD)、地震波速度和加速度峰值之比(PGV/PGA)、加速度谱(S a(T1))和等效速度谱(VE (T1))。工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。通过构造有效的地震指标矩阵作为高层隔震结构动力弹塑性分析的地震波样本属性表征，并基于模糊聚类算法对地震波样本进行分类。结合模糊聚类算法和有效地震强度指标提出了高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择方法。(2)采用44条远场地震波和20条近场脉冲型地震波作为输入，对双线性单自由度(SDOF)系统进行非线性时程分析、总输入能量谱分析及滞回耗能谱分析。基于等延性准则建立了适用于长周期弹塑性结构的滞回耗能谱模型。该模型基于一个新的参数-特征滞回耗能系数来反映滞回耗能与总能量的比值、屈服力系数及延性系数之间的关系。基于能量谱模型及能量平衡原理提出了非弹性单自由度(SDOF)系统的位移预测方法。比较了秋山宏能量平衡式、Leelataviwat能量平衡式及提出的平衡式的计算精度，验证了提出的模型及方法的有效性。结合能量谱模型及多模态推覆分解理论(MPA法)提出了高层隔震结构多模态能量谱法。基于能量等效原理修正了高层隔震结构二阶振型能力曲线翻转问题。将提出的能量谱模型应用到某12层高层隔震结构算例中。(3)针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点包络分析方法，该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值，推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式，并利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化，其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度。将该方法拓展至考虑隔震层摆动的高层隔震体系中，建立了考虑摆动效应的高层隔震结构简化分析模型，提出了隔震层的转角预测公式，并采用简化方法对隔震支座的竖向受力进行了预测。基于高宽比为2.5和5.0的隔震结构模型振动台试验验证了提出的地震响应预测公式的准确性和适用性。(4)对108个隔震支座破损试验结果进行了调查统计，分析了支座的极限剪切应变、形状系数与支座直径之间的关系。采用60条近断层脉冲型地震(脉冲周期为0.69~5.9s)计算了简化单质点隔震模型及简化两自由度隔震模型的损伤数值，考察了支座屈服力系数(2.8%、5%、10%、15%)、硬化位移(150%、200%、250%、300%)对支座损伤的影响，以及上部结构不同屈服力对主体结构损伤数值影响。基于混凝土弹塑性损伤本构和钢材延性损伤本构建立了15层钢框架-核心筒高层隔震结构精细有限元模型，并采用显示动力有限元方法分析了常规地震波作用和近断层脉冲地震作用下高层隔震结构的核心筒、楼板及钢框架动力弹塑性损伤演化及屈服应力情况。基于材料层次、楼层层次及整体结构三个层次的损伤情况提出了高层隔震结构的损伤性能评估方法，采用该方法对所建立的高层隔震结构数值模型的地震损伤指标进行了计算，该方法可以作为同类型结构损伤性能评估及性能化设计的参考。(5)针对现有等效线性碰撞刚度取值缺乏理论指导的问题，基于Hertz-damp模型结构碰撞系统和Kevin模型结构碰撞系统的碰撞过程中能量耗散、最大碰撞压缩变形相等的原则推导了Kevin模型等效线性碰撞刚度的计算公式，通过数值分析、落球碰撞试验及结构振动台试验验证了所建议刚度模型的合理性和精确度。选择了两组长周期地震波研究了近断层及远源长周期地震作用下隔震结构长周期位移谱的阻尼系数。比较了我国、日本、欧洲、美国等国家抗震规范阻尼系数的变化规律。研究表明，我国抗震规范在计算周期小于6s的结构时的所计算的阻尼系数偏保守，日本、欧洲及美国国家规范在计算近断层长周期地震对应的阻尼系数均偏小。基于简化的两自由度模型和22层高层框架剪力墙结构模型研究了长周期地震动作用下碰撞效应对结构加速度、层间位移、隔震层位移地震响应和滞回耗能的影响。研究表明，近断层地震作用下隔震层位移小于在远源地震作用下的数值，但对上部结构造成的损伤更严重。碰撞效应不仅会激发高层隔震结构的高阶振型，而且会造成主体结构滞回耗能增加，因而易于引起结构损伤。
程旭东[8]2010年在《大型储罐的抗震可靠性分析及其震害预测》文中研究指明随着经济的快速发展,国家对进口能源的依赖程度越来越高,从国家的石油安全考虑,我国正加快石油战略储备基地的建设。储罐作为石油战略储备基地应用最广泛的储液容器,单罐的容积逐渐向大型化发展。由于储罐多用于存储易燃、易爆介质,一旦遭遇地震发生破坏,不仅直接威胁到附近人的生命,而且还可能导致毁灭性的次生灾害。特别是大型储罐,如果大量的石油外泄和燃烧,将会给生产和国民经济造成严重损失。由于储罐地震灾害后果的严重性,储罐必须进行抗震设计,但储罐特别是大型储罐的地震动力响应机理相当复杂,这给储罐的抗震计算带来了较大的困难。目前的大型储罐的抗震设计或抗震鉴定规范和标准中都是对储罐的地震动力响应作了相当程度的简化。有必要对大型储罐的地震动力响应作更深入的分析,提高储罐抗震设计的可靠性,建立比较完善的储罐震害预测方法来尽可能避免储罐地震灾害的发生,或在地震灾害发生前后能比较准确地进行地震灾害预测,以采取及时有效的应急对策。在流固耦合动力学基本原理的基础上采用Adina8.5通用有限元软件的势流体单元对100000m3锚固罐进行流—固耦合的数值模拟。模拟了锚固罐在不同地震烈度、不同储液深度下储罐相应动力响应。模拟结果显示地震烈度、储液深度对储罐地震动力响应影响很大,特别是储液深度较大、地震烈度较高时储罐地震动力响应很显著。根据模拟结果提出在地震活跃期或多发期应减少储罐的储液深度(≤2/3 H 0)来提高储罐结构的抗震可靠性。通过Housner模型和Haroun-Housner模型的简化计算,总结了立式储罐的地震动力响应的解析解,结合我国现行储罐设计规范和抗震鉴定标准对一储罐系列进行了抗震计算。计算结果同样表明:地震烈度、储罐容积和储液深度对储罐的地震动力响应影响很大,特别是在储液深度≥2 /3H0、发生烈度为8度和9度地震时,储罐的地震动力响应很强烈;对于“细高型”的小型储罐和“矮胖型”的大型储罐,地震动力响应规律是不同的;在此基础上提出了在进行储罐抗震设计时要综合考虑储罐的高度与半径之比以及罐壁厚度与半径的比的影响,并定义了一个变形参数K ,。将建筑结构可靠度设计理论引入到大型储罐的抗震设计中,分析总结了大型储罐的随机变量,确定了主要失效模式并建立其对应的极限状态方程。利用可靠度计算的JC法并结合MATLAB的优化工具箱自编计算程序,对主要失效模式在不同储液深度、不同地震烈度下的可靠度进行了计算。得出随着储液深度增大、地震烈度增大,储罐可靠度降低,且得出在高地震烈度下储液深度不宜超过设计最大深度的2/3的结论。基于对大型储罐的震害预测的必要性和迫切性,且目前还没有完善的震害预测方法的现状,在对大型立式储罐的地震动力响应分析和计算储罐抗震可靠度的基础上,参照《地震灾害预测及其信息管理系统技术规范》(GB/T 19428-2003)中的建筑物震害预测方法,建立了以概率论为基础的储罐震害预测模型,为企业或部门抗震防灾规划的编制提供一定的理论依据和参考。
汪权[9]2010年在《建筑结构振动控制理论与计算方法研究》文中进行了进一步梳理土木工程结构中的房屋建筑作为重要的社会基础设施,是现代社会的组成部分。传统意义上,这些结构是设计成用来抵抗静荷载的。然而,土木工程结构同样承受着各种各样的动荷载,包括风、浪、地震和车辆荷载。这些动荷载会引起严重且持续的振动,对结构和结构构件以及居住者均有害,这些结构需要保护的内容可能涉及使用的可靠性,居住者的舒适度以及结构的耐久性。提高房屋建筑结构的抗震性能和高层建筑结构的抗风性能是减轻动力作用危害,加强区域安全的基本措施之一,是土木工程领域所面临的重大课题。建筑结构振动控制是多学科交叉的新技术领域,结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤、有效地提高结构的抗振能力和抗灾性能,结构振动控制经过几十年的发展,已被理论和实践证明是抗振减灾积极有效的对策。在深入了解建筑结构的动力反应特性的基础上,研究合理且可行的控制措施保护建筑结构免遭地震和风荷载破坏,将是一个具有极大工程应用价值且时间紧迫的研究课题。随着社会的进步和科学技术的发展,人们对居所的振动环境有着越来越高的要求,振动被动控制的局限性就暴露出来了,难以满足人们的要求。主动控制技术由于具有效果好、适应性强等潜在的优越性,自然成为一条重要的新途径。然而主动控制系统一般需要很大的能量驱动和多个作动器,这在实际工程中难以实现。结构半主动控制基本原理与主动控制相同,但是半主动控制巧妙地利用了结构振动的往复相对变形或相对速度,从而只需要少量的能量调节便有可能实现主动最优控制力。采用诸如模糊控制、神经网络控制和遗传算法等智能算法为标志的结构智能控制是目前结构振动控制领域研究的前沿课题。结构智能振动控制不需要精确的结构模型,运用智能算法来确定输入、输出反馈与控制增益的关系,采用磁流变液智能材料制作的智能阻尼器同样仅需少量的能量调节便可以很好的实现主动最优控制力。本文以建筑结构模型为研究对象,运用现代控制理论以及智能控制理论分别对建筑结构振动控制进行了理论分析和计算方法的研究。首先,研究在地震激励下采用主动控制方法进行地震响应控制,对主动控制方法中的一些关键性问题进行研究,其次,在主动控制研究的基础上,重点研究了建筑结构的半主动控制方法,第三,文章探讨了模糊控制及遗传算法在建筑结构振动控制中的应用。在结构地震响应主动控制系统设计中,采用线性二次型(LQR)经典最优控制、线性二次型Gauss(LQG)最优控制、结构极点配置控制、结构模态控制和滑移模态控制五种控制算法分别对线性结构模型进行了理论分析和数值仿真计算,为结构振动半主动控制提供基础。在主动变刚度(AVS)控制策略的基础上,提出了一种新的结构地震响应控制主动变刚度频率控制算法。利用希尔伯特—黄变换理论分析非线性非平稳地震信号的时频信息,当地震信号的瞬时频率接近于结构的固有频率时,主动变刚度装置改变结构的刚度以减小地震激励下的结构响应。文章选取两个建筑结构的Benchmark模型作为算例来验证该算法的可行性及有效性。仿真分析表明,该方法简便可行,能有效地控制受控结构位移反应,有着广泛的工程实际应用前景。基于固有模态分解技术和希尔伯特—黄变换理论提出了一种半主动变刚度调谐质量阻尼器(SAVS-TMD)对高层建筑结构进行风振响应频率控制算法。该算法控制系统的优点在于调谐质量阻尼器(TMD)频率可以实时连续可调,而且对结构的刚度和阻尼的变化具有很好的鲁棒性。本文选取的研究对象为拟在澳大利亚墨尔本建造的76层306m钢筋混凝土塔式办公楼建筑。SAVS-TMD控制仿真计算的结果与结构无控情况相比,可以充分地降低结构的风振响应,同时与TMD控制相比控制效果更好。此外,SAVS-TMD控制在结构刚度变化±15%的情况下依然可以降低结构的风振响应,具有很好的鲁棒性。SAVS-TMD控制的效果类似于主动调谐质量阻尼器(ATMD)控制,但是比ATMD控制耗能少。根据Davenport脉动风速谱,采用自回归模型(Auto-regressive)法和经过FFT算法改进的谐波叠加法(WAWS)分别对高层建筑结构进行脉动风速时程模拟。考虑竖向相关性、平稳的多变量随机过程以及它的互谱密度矩阵模拟生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速谱的功率谱密度。模拟风速的功率谱密度函数与Davenport目标谱的比较表明两种方法具有很高的精度和效率。本文算例以76层306m高钢筋混凝土结构风振Benchmark模型为研究对象,研究了风荷载作用下高层建筑动力响应的控制方法,给出了结构在模拟脉动风荷载作用下的被动TMD控制和主动LQG控制的控制结果。迭代学习控制是一种比较理想的控制策略,其本身具有某种智能,能够在控制过程中不断地完善自身,以使控制效果越来越好,逐渐成为令人关注的课题。针对高层建筑结构的地震响应,基于线性二次型最优控制与迭代学习控制相结合的思想,研究线性二次型迭代学习混合控制方法,提高迭代学习控制的收敛速度,对高层建筑结构进行有效的控制。其次结合自校正控制、模糊逻辑和迭代学习控制的基本思想,提出采用自整定模糊控制确定迭代学习律的方法,提高了迭代学习控制的鲁棒性。选取建筑结构振动控制Benchmark第二阶段的地震作用Benchmark模型作为研究对象,进行二次型迭代学习混合控制和模糊迭代地震响应计算,计算结果表明两种控制方法均能够对Benchmark模型的地震响应进行有效地控制,并且控制效果得到了一定的改进。在结构振动智能控制中模糊控制是被采用的方法之一,基于遗传算法的模糊系统的优化设计,把模糊控制和遗传算法结合起来,利用遗传算法的优点,克服了一般模糊控制设计中模糊变量的隶属度和控制规则的选取通常靠经验来获取的不足,使得系统的模糊控制设计更灵活方便,能取得更好的控制效果。
颜桂云[10]2005年在《地震、风激励作用下高层建筑振动控制的研究》文中研究指明近年来,在一系列强震、强风作用下土木工程结构的失效,导致了数以万计的人员伤亡与数以亿计的财产损失,给人类带来了巨大的灾难。结构振动控制是解决土木结构在外界激励下失效的有效方法。本文针对地震、风激励作用下高层建筑振动控制的方法进行了研究,具体内容包括: 1.针对国内外学者多数集中于研究地震激励作用下结构线性反应的振动控制,本文着重研究了地震激励高层建筑非线性反应的半主动控制。 2.介绍了地震激励高层建筑非线性反应控制基准问题的定义。增加了评价指标P_1、P_2,分别反应最大层间塑性侧移角和各楼层层间塑性侧移角之和。结合基准问题中定义的十七个评价指标,更加全面地反应了结构发生塑性变形状况,完善了基准问题的定义。 3.创新地提出了地震激励高层建筑非线性反应的半主动H_∞控制。通过采用建议的静力凝聚—状态降阶的方法,获得20层基准建筑较精确的控制器设计模型。通过观测结构的部分楼层加速度和半主动控制力,构建了适用于半主动控制的Kalman-Bucy状态估计器,并设计了基于H_∞控制理论的半主动控制策略。H_∞控制算法有效地考虑了地震荷载的不确定性。编制了程序对受控结构进行了非线性地震反应数值仿真分析,同时,将结果与LQG控制结果进行了对比。分析表明,半主动H_∞控制有效地抑制了高层建筑的非线性地震反应,减小了强烈或罕遇地震对建筑结构的破坏。 4.创新地提出了地震激励高层建筑非线性反应的半主动模型预测控制。建立了地震激励高层建筑非线性反应的多步预测模型,实际结构中存在的非线性、时变、模型失配、干扰(非平稳随机的地震荷载)等因素的影响,通过每一时间步的非线性地震反应与模型预测输出之间的误差进行模型的反馈校正;同时预测模型中还考虑时滞的影响。采用楼层加速度、半主动控制力作为受控结构的观测输出,建立了基于非线性预测模型的Kalman-Bucy状态估计器。采用MR阻尼器用作控制装置,提出了半主动模型预测控制策略。编制了程序对受控20层基准建筑的非线性地震反应进行了数值分析;同时,将结果与LQG控制结果进行了对比分析。分析表明,半主动模型预测控制能有效地抑制高层建筑的非线性地震反应。半主动模型预测控制是一种基于离散时间系统的数字控制技术,易于对实际结构实施实时控制,具有广阔的应用前景。 5.介绍了高层建筑风振控制基准问题的定义。创新地提出了高层建筑风振反应的模糊
参考文献：
[1]. 混凝土结构抗震性能的不确定性分析与研究[D]. 李浩. 湖南大学. 2011
[2]. 地震作用下结构响应的预测及模糊预测控制[D]. 吴臻. 华侨大学. 2000
[3]. 带有分布参数的串联体系地震响应分析及智能控制[D]. 刘彦辉. 兰州理工大学. 2009
[4]. 基于神经网络的结构智能控制研究[D]. 郭剑虹. 兰州理工大学. 2005
[5]. 钢筋混凝土框架结构地震主要失效模式分析与优化[D]. 白久林. 哈尔滨工业大学. 2015
[6]. 钢筋混凝土框架结构基于能量抗震设计方法研究[D]. 马千里. 清华大学. 2009
[7]. 高层隔震结构地震响应及损伤评估研究[D]. 刘阳. 上海大学. 2014
[8]. 大型储罐的抗震可靠性分析及其震害预测[D]. 程旭东. 中国石油大学. 2010
[9]. 建筑结构振动控制理论与计算方法研究[D]. 汪权. 合肥工业大学. 2010
[10]. 地震、风激励作用下高层建筑振动控制的研究[D]. 颜桂云. 浙江大学. 2005
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