巨-子结构智能隔震体系抗震性能研究震灾防御技术.PDF

第 12 卷 第 1 期 震灾防御技术 Vol. 12 ，No. 1 2017 年 3 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Mar. ，2017 李祥秀，李小军，刘爱文，谭平，贺秋梅，2017 ．巨-子结构智能隔震体系抗震性能研究．震灾防御技术，12 （1）：157—165． doi ：10.11899/zzf 巨-子结构智能隔震体系抗震性能研究1 李祥秀1 ） 李小军1 ） 刘爱文1 ） 谭 平2 ） 贺秋梅1 ） 1） 中国地震局地球物理研究所，北京 100081 2 ） 广州大学，工程抗震研究中心，广州 510405 摘要 针对巨-子结构隔震体系，在隔震层处或子结构顶部与主结构连接处，施加 SMA-压电智能复合 阻尼器，从而形成巨-子结构智能隔震体系。本文通过限界 Hrovat 最优控制算法设计了巨-子结构智能 隔震体系的半主动控制器，在此基础上，对巨-子结构智能隔震体系进行了 Simulink 控制效果仿真分析， 同时比较了控制装置安装位置的不同对结构控制效果的影响，并与普通隔震结构的减震效果进行了对 比。研究结果表明，智能隔震控制 1 （隔震层加控制装置）和智能隔震控制2 （子结构顶部加控制装置） 2 种控制方案在控制结构的位移方面效果相差不大。总体而言，智能隔震控制 2 对于控制子结构单元顶 部的绝对加速度效果更为显著，但是相对于普通隔震而言，特别是在控制隔震层位移方面 2 种方案都 具有较好的控制效果。实施智能控制可以有效改善巨-子结构被动控制体系的抗震性能，并能降低隔震 结构在遭受强震时由于隔震层出现过大位移导致结构倾覆的危险。 关键词：巨-子结构隔震体系 SMA-压电智能复合阻尼器 智能控制 减震效果 引言 巨型结构体系作为适应高层建筑发展的一种新型结构的产物，不仅可以满足建筑功能的 多方面需求，而且具有整体性好、传力路径明确、施工速度快、造价低等优点，并成为今后 高层、超高层发展的主要方向之一。美国学者 Feng 等（1995）首次提出巨-子结构被动控制 体系，并研究了巨型框架减振结构的振动控制策略；Chai 等（1997）对计算模型进行了改进， 把主框架视为多自由度体系，主框架刚度采用弯曲刚度，其变形为更符合实际的弯曲变形， 风荷载采用了有色噪声模型，并提出为使子结构更好的减振耗能，其变形应符合剪切变形的 要求；连业达等（2007 ）分析了巨-子结构体系中，子结构与主结构质量的比值对减震效果的 影响；裴星洙等（2011 ）提出在子结构顶部与主结构采用阻尼器连接的控制策略，研究结果 表明，该种控制策略可取得较好的减震效果并可防止子结构顶部与主结构的碰撞；蓝宗建等 （2002 ）对在主结构与子结构中设置隔震装置进行了探讨，并分析了巨型框架多功能减振结构 的工作机理及控制效果；谭平等（2014 ）从结构的动力特性出发，理论上证明了巨-子结构控 制体系的减震机理；刘良坤等（2013 ）基于 NSGA- Ⅱ对巨-子结构层间隔震体系进行了参数 1 基金项目 北京市自然科学基金资助项目（8174081），国家自然科学基金项目51578514 ）和中央级公益性科 研院所基本科研业务专项（DQJB15B11 ） ［收稿日期］ 2016-08-17 ［作者简介］ 李祥秀，女，生于 1987 年。博士后。主要从事结构抗震和防灾减灾研究。E-mail ：lixiangxiu1005@163.com 158 震灾防御技术 12 卷 优化。 在子结构与主结构的连接处施加隔震装置己经被理论和实际充分证明能够使结构在地震 激励下的响应有较大幅度的减小。然而，当隔震结构遭受强震时，不易控制其隔震层处橡胶 垫的水平方向的位移，很容易出现钢板与橡胶层剥离的现象，增加结构发生倾覆的危险。谭 平等（2015 ）基于 SMA-压电阻尼器对巨-子结构进行了智能控制，结果表明 SMA-压电阻尼 器实