钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构减震优化体系的抗震性能研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51108095
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
28.0万
负责人：
任凤鸣
依托单位：
广州大学
学科分类：
E0804.结构工程
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
龙跃凌；管民生；钟根全；张杰标；梁广昌；黄少腾；
关键词：
协同工作机理钢管混凝土减震优化体系抗震性能阻尼器

项目摘要

根据钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能，结合耗能减震技术，采用改进的粒子群算法对阻尼器进行多目标优化后设置于结构中，建立钢管混凝土框架－混凝土核心筒结构减震优化体系。对优化后典型的钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构进行地震作用下的数值仿真计算和拟静力试验，同时结合理论分析，揭示钢管混凝土框架、混凝土核心筒和阻尼器的动态协同工作机理和失效模式，建立该减震结构体系的简化计算模型；通过进行设置与不设置阻尼器的钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构的模拟地震振动台试验，进一步研究和验证该减震体系的协同工作机理和失效模式；在以上研究基础上，确立该减震体系的性能指标，并进行量化描述，探究钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构减震优化体系的整体抗震性能。本项目改善了钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能，为抗震区提供了新的减震结构体系和设计方法，具有重要的科学和工程意义，研究成果具有广阔的应用前景。

结项摘要

钢管混凝土框架-核心筒减震结构是一种新型的具有优良抗震性能的结构体系。本课题针对混凝土框架-核心筒减震结构体系，基于原定研究目标，对该结构体系的抗震性能进行了一系列的研究，主要完成了：（1）根据钢管混凝土框架的特点，将粒子群优化算法与遗传算法进行结合，组成混合粒子群优化算法，使两种算法优势互补，发挥各自的优点；并把群搜索优化算法中游荡者引入到混合粒子群优化算法，建立带游荡者的混合粒子群优化算法。采用Matlab编写了相应的优化分析程序，结合Ansys有限元软件对钢管混凝土减震框架的耗能减震装置进行了参数优化，研究结果表明：采用混合粒子群优化算法和带游荡者的混合粒子群优化算法对钢管混凝土减震结构的耗能减震装置参数进行地震波作用下的优化设计，结构将具有更优良的抗震性能。（2）进行了钢管混凝土减震框架和钢管混凝土框架-剪力墙减震结构的拟静力试验研究，对该减震结构体系的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化和强度退化等性能进行了对比分析，研究结果表明：钢管混凝土减震结构因设置耗能减震构件改变了框架结构的受力性能、延缓了塑性铰的开展，减缓了结构的强度退化效应，在初始刚度、最大承载力、极限承载力、延性和耗能能力等方面有一定的提高，阻尼器的设置增加了结构的抗震防线，增强了结构的抗震能力（3）对带不同类型耗能减震构件的钢管混凝土结构采用 Opensees软件进行拟静力数值模拟和参数分析，研究了9个设计参数对其抗震性能的影响规律。结果表明：BRB初始刚度、BRB屈服强度、钢管混凝土框架柱轴压比及含钢率是影响其抗震性能的主要设计参数，并给出了上述主要设计参数和粘滞阻尼器设计参数的合理取值。（4）采用Perform-3D软件对钢管混凝土框架-核心筒减震结构进行了整体动力弹塑性分析，研究了不同类型阻尼器、不同的布置方式对整体抗震性能的影响，并对该减震结构体系的协同工作机理和破坏模式进行了研究。（5）结合目前规范中对钢管混凝土框架-核心筒结构的层间位移角的限制要求，对钢管混凝土框架-核心筒减震结构中黏滞阻尼器的合理阻尼系数取值和防屈曲支撑弹性刚度取值进行研究，建立了钢管混凝土框架-核心筒减震结构的简化设计方法。基于本课题已发表SCI收录文章3篇，EI收录文章4篇，核心期刊论文2篇，国际会议论文4篇，获得实用新型专利1项。培养毕业研究生2人，在读硕士研究生5人。