橋梁結(jié)構(gòu)減震設(shè)計體系的統(tǒng)一參數(shù)優(yōu)化研究

本項研究以橋梁結(jié)構(gòu)的抗震為研究對象，在計及隔震器、減震器的作用，對橋梁結(jié)構(gòu)進行非線性彈塑性動力反應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，考慮橋梁結(jié)構(gòu)與隔震器、減震器在力學(xué)性能和經(jīng)濟性的匹配，建立由橋梁結(jié)構(gòu)和隔震器、減震器所組成系統(tǒng)的統(tǒng)一參數(shù)優(yōu)化模型，實現(xiàn)橋梁抗震結(jié)構(gòu)體系多約束條件下的參數(shù)統(tǒng)一優(yōu)化。該項研究具有較高的理論價值及實用價值。 2100433B

本研究以非線性粘滯單元為基礎(chǔ)，提出一個可模擬各類阻尼器的位移相關(guān)性和速度相關(guān)性的統(tǒng)一的力學(xué)模型,并以此模型為基礎(chǔ)，建立一種用于非線性結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一的減震設(shè)計和動力抗震性能評價方法。統(tǒng)一力學(xué)模型的建立可簡化各類耗能構(gòu)件的力學(xué)描述，整合各種阻尼器的減震設(shè)計方法，促進設(shè)計人員對減震結(jié)構(gòu)的理解和運用能力。提出的非線性結(jié)構(gòu)減震設(shè)計方法，通過對彈塑性結(jié)構(gòu)的等價剛度的調(diào)節(jié)，可得到優(yōu)化的滿足彈塑性目標(biāo)變形角的耗能構(gòu)件設(shè)計值。由于減震結(jié)構(gòu)的耗能作用是在動力反應(yīng)中實現(xiàn)，而使結(jié)構(gòu)的位移和加速度反應(yīng)得到控制，因此本研究在結(jié)構(gòu)的抗震性能指標(biāo)中引入地震荷載水準(zhǔn)的概念，將結(jié)構(gòu)的抗震性能與地震荷載水準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)，提出一個包含結(jié)構(gòu)強度，變形能力，地震荷載水準(zhǔn)等因素的結(jié)構(gòu)的動力抗震性能指標(biāo)。最后通過大量數(shù)值分析找到滿足減震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要的目標(biāo)動力抗震性能指標(biāo)，為減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計或相應(yīng)規(guī)范的形成提供量化的參考依據(jù)。

減震結(jié)構(gòu)在近年已得到廣泛應(yīng)用，在減震控制設(shè)計理論上，開發(fā)實用高效的減震設(shè)計方法，實現(xiàn)減震耗能裝置的工作效率的提升，達到結(jié)構(gòu)性能要求和經(jīng)濟性的有效結(jié)合是目前研究工作的主要內(nèi)容之一。本項目首先提出了用于彈塑性結(jié)構(gòu)減震設(shè)計的基本框架，以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)采用滯回型阻尼器進行減震控制情況為例，研究了單自由度結(jié)構(gòu)體系的動力特征參數(shù)隨阻尼器參數(shù)的變化規(guī)律，提出了彈塑性減震結(jié)構(gòu)體系的性能曲線方法，建立了多層彈塑性結(jié)構(gòu)的阻尼器參數(shù)的分配方法，并對有多種參數(shù)分布的結(jié)構(gòu)模型實施了大量的時程分析，驗證了所提出的減震設(shè)計方法的有效性。該方法還可推廣至其他類型的主體結(jié)構(gòu)和其他類型的耗能阻尼器的組合，方法簡單易行，具有很好的工程應(yīng)用價值。其次，本項目重點研究了近場脈沖型地震動的反應(yīng)譜阻尼調(diào)整系數(shù)。通過量化評價指標(biāo)選取了50條脈沖型地震動，對其反應(yīng)譜的阻尼調(diào)整系數(shù)進行了統(tǒng)計分析。通過對比發(fā)現(xiàn)脈沖型地震動的脈沖周期對阻尼調(diào)整系數(shù)有重要影響，考慮脈沖周期影響的阻尼調(diào)整系數(shù)表現(xiàn)出更小的離散性?；谠摻Y(jié)果本項目提出了考慮脈沖周期的阻尼調(diào)整系數(shù)，并對中國抗震規(guī)范的阻尼調(diào)整系數(shù)的可靠度進行了評價。發(fā)現(xiàn)在小阻尼比時，規(guī)范值與所選地震動阻尼調(diào)整系數(shù)平均值接近，在高阻尼比時，在脈沖周期附近區(qū)域規(guī)范值較為保守，在相對短周期區(qū)域，規(guī)范值可靠度較低，存在過高估計阻尼減震效果的風(fēng)險。通過此研究，建議在進行針對脈沖型地震動的減震設(shè)計時，充分考慮地震震級、脈沖周期和阻尼減震效果的綜合影響。 2100433B