橋梁結構減震設計體系的統(tǒng)一參數(shù)優(yōu)化研究基本信息

本項研究以橋梁結構的抗震為研究對象，在計及隔震器、減震器的作用，對橋梁結構進行非線性彈塑性動力反應研究的基礎上，考慮橋梁結構與隔震器、減震器在力學性能和經(jīng)濟性的匹配，建立由橋梁結構和隔震器、減震器所組成系統(tǒng)的統(tǒng)一參數(shù)優(yōu)化模型，實現(xiàn)橋梁抗震結構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，提出一個可模擬各類阻尼器的位移相關性和速度相關性的統(tǒng)一的力學模型,并以此模型為基礎，建立一種用于非線性結構的統(tǒng)一的減震設計和動力抗震性能評價方法。統(tǒng)一力學模型的建立可簡化各類耗能構件的力學描述，整合各種阻尼器的減震設計方法，促進設計人員對減震結構的理解和運用能力。提出的非線性結構減震設計方法，通過對彈塑性結構的等價剛度的調節(jié)，可得到優(yōu)化的滿足彈塑性目標變形角的耗能構件設計值。由于減震結構的耗能作用是在動力反應中實現(xiàn)，而使結構的位移和加速度反應得到控制，因此本研究在結構的抗震性能指標中引入地震荷載水準的概念，將結構的抗震性能與地震荷載水準相關聯(lián)，提出一個包含結構強度，變形能力，地震荷載水準等因素的結構的動力抗震性能指標。最后通過大量數(shù)值分析找到滿足減震結構設計需要的目標動力抗震性能指標，為減震結構的設計或相應規(guī)范的形成提供量化的參考依據(jù)。

減震結構在近年已得到廣泛應用，在減震控制設計理論上，開發(fā)實用高效的減震設計方法，實現(xiàn)減震耗能裝置的工作效率的提升，達到結構性能要求和經(jīng)濟性的有效結合是目前研究工作的主要內容之一。本項目首先提出了用于彈塑性結構減震設計的基本框架，以鋼筋混凝土結構和鋼結構采用滯回型阻尼器進行減震控制情況為例，研究了單自由度結構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構體系的性能曲線方法，建立了多層彈塑性結構的阻尼器參數(shù)的分配方法，并對有多種參數(shù)分布的結構模型實施了大量的時程分析，驗證了所提出的減震設計方法的有效性。該方法還可推廣至其他類型的主體結構和其他類型的耗能阻尼器的組合，方法簡單易行，具有很好的工程應用價值。其次，本項目重點研究了近場脈沖型地震動的反應譜阻尼調整系數(shù)。通過量化評價指標選取了50條脈沖型地震動，對其反應譜的阻尼調整系數(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整系數(shù)有重要影響，考慮脈沖周期影響的阻尼調整系數(shù)表現(xiàn)出更小的離散性。基于該結果本項目提出了考慮脈沖周期的阻尼調整系數(shù)，并對中國抗震規(guī)范的阻尼調整系數(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險。通過此研究，建議在進行針對脈沖型地震動的減震設計時，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