基于能量的輕鋼加層“TMD減震”參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，隨著建材工業(yè)的發(fā)展，在眾多的房屋加層技術(shù)中，輕鋼加層以其獨特的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，逐漸受到業(yè)主的歡迎和工程界的重視。目前國內(nèi)已有多類利用輕鋼結(jié)構(gòu)成功加層的實例，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。輕鋼結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)加層改造的多方面要求，符合我國的國情、產(chǎn)業(yè)政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因此必然會發(fā)展成為加層改造的主導(dǎo)方向。 相對于采用傳統(tǒng)方法解決建筑物加層中的抗震問題，將現(xiàn)代結(jié)構(gòu)控制技術(shù)應(yīng)用于舊建筑的加層改造是一個新的發(fā)展方向。本研究采用在

2、既有結(jié)構(gòu)頂層和輕鋼加層結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一定數(shù)量的鉛芯橡膠支座連接，將加層改造后的結(jié)構(gòu)拓展成“TMD減震”體系，研究加層結(jié)構(gòu)基于能量的TMD參數(shù)優(yōu)化準則和方法。為了驗證該參數(shù)優(yōu)化準則和方法的可行性與合理性，本文針對一工程實例進行了多方法、多工況對比計算分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1、研究TMD加層減震體系在改進的Tanai-Tajimi（金井清-田治見宏）模型激勵下的隨機地震反應(yīng)解析解，得到減震系統(tǒng)的控制參數(shù)（橡膠層的抗側(cè)剛度和阻

3、尼比）與結(jié)構(gòu)反應(yīng)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，以鉛芯橡膠層所吸收與耗散的應(yīng)變能期望值占總應(yīng)變能期望值的比例最大為目標函數(shù)的優(yōu)化策略，綜合考慮結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能期望值數(shù)量分布，從理論上推導(dǎo)了參數(shù)優(yōu)化公式，對工程實例進行參數(shù)優(yōu)化： (1) 橡膠層的抗側(cè)剛度對橡膠層應(yīng)變能期望值占總應(yīng)變能期望值比例影響較大，而阻尼比對其影響較小。 (2)橡膠層的抗側(cè)剛度對總體應(yīng)變能期望值影響較小，而橡膠層阻尼比對其的影響較大，當剛度為定值時，總體應(yīng)變能期望值是

4、橡膠層阻尼比的單調(diào)遞減函數(shù)。 2、采用振型分解反應(yīng)譜法研究應(yīng)變能在受控結(jié)構(gòu)（設(shè)置鉛芯橡膠隔震層的輕鋼加層結(jié)構(gòu)）和未受控結(jié)構(gòu)（原結(jié)構(gòu)）各層的應(yīng)變能分布數(shù)量比例，分析結(jié)果表明，采用鉛芯橡膠隔震層進行輕鋼加層，具有較好控制效果。 3、輸入同一地震波（EL-Centro波），分別用振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法分析輕鋼加層減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，對比受控結(jié)構(gòu)和未受控結(jié)構(gòu)各層的位移與加速度響應(yīng)曲線，位移控制效果都十分明顯，也比較接近，但

5、加速度反應(yīng)控制效果相差較大。 4、輸入二條天然地震波和一條人工波，運用時程分析法對比受控結(jié)構(gòu)和未受控結(jié)構(gòu)各層的位移與加速度響應(yīng)，以及各層的最大層間剪、層間位移及動力放大系數(shù)。輸入不同的地震波記錄，減震效果各不同。 5、輸入不同類型的典型地震波記錄，對受控結(jié)構(gòu)進行能量時程分析，求得受控結(jié)構(gòu)的能量時程曲線；分析地震動三要素及自身動力特性對受控結(jié)構(gòu)能量吸收與耗散的影響。同加層前比較，加層受控后地震輸入總能量有所增加，但主要是集