基于SMA-压电摩擦智能阻尼器的空间杆系结构优化控制

基于形状记忆合金(SMA)的超弹性特性和压电陶瓷(PZT)逆压电效应,设计了一种SMA-压电摩擦智能阻尼器。针对遗传算法局部搜索能力差,容易陷入早熟的缺陷,提出了一种改进的遗传算法,并以多模态控制性能指标作为优化准则,对一空间杆系结构的阻尼器布置进行了优化分析。采用线性二次型最优控制(LQR)算法,选取4个阻尼器,分析了未改进和改进后的两种最优布置方案对结构地震反应的控制效果。结果表明,改进后的遗传算法有更好的收敛性,更强的寻优能力,能使阻尼器得到更优的布置位置;改进的遗传算法得到的阻尼器优化布置方案可以更加有效地降低结构的地震峰值反应。     

SMA-压电半主动混合阻尼器减震控制分析

将形状记忆合金（Shape memory alloy,简称"SMA"）与压电摩擦阻尼器复合设计了一种半主动混合阻尼器,对SMA丝进行了材性试验,分析了循环圈数、加载速率和应变幅值对SMA丝力学性能的影响。基于试验数据,以速度方向和应变值作为神经元输入,建立了SMA的BP神经网络本构模型,并利用T-S模糊逻辑求解压电陶瓷驱动器输出电压,对1个2层的钢框架结构进行了无控、SMA被动控制和混合控制MATLAB仿真分析。结果表明:SMA的BP网络模型预测的应力误差大多集中在20 MPa以内,且误差较大点主要集中在加载的初始段和卸载的结束段等数值较小的点,BP神经网络能够较好地预测SMA丝的本构曲线。相比SMA被动控制,混合阻尼器可以更加有效地降低结构的动力反应。     

高层钢结构地震反应形状记忆合金拉索控制研究

本文通过形状记忆合金(SMA)材料的超弹性性能试验确定了SMA材料的各项参数和常温状态下的本构模型。对采用SMA拉索实施振动控制的20层钢结构的Benchmark模型的地震响应进行了时程分析。计算结果表明,实施SMA拉索控制后,层间相对位移可降低70％左右,且SMA材料很好的耗能作用有效地减少了地震能量向上部楼层的传递,对上部结构具有一定的隔振作用;顶层相对位移的控制效果达到51％;顶层加速度可降低43％;地震波强度和拉索初应变对拉索的被动控制效果影响较大。最后给出了拉索的安装位置与拉索的应变之间的关系曲线,建议了合理的布置方案。     

往复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱黏结滑移模型及数值模拟研究

为实现地震作用下锈蚀钢筋混凝土柱精细化数值模拟分析,基于已有研究成果建立往复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土间的黏结滑移本构模型:结合课题组前期试验结果,采用ABAQUS有限元分析软件对建立的黏结滑移本构模型进行有效性验证,通过对数值计算结果与试验结果之间误差分析,进一步对黏结滑移模型中的摩擦黏结应力系数和退化系数进行修正,最终建立更为合理的锈蚀钢筋与混凝土间黏结滑移本构模型。通过数值计算结果与试验结果的再次比较,验证修正后黏结滑移本构模型的有效性。结果表明:修正后的锈蚀钢筋与混凝土间黏结滑移模型可更好地反映往复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱的滞回性能。该成果可为地震作用下锈蚀钢筋混凝土结构的数值分析计算提供理论参考。     

猴子岩高面板堆石坝地震模拟振动台模型试验研究

本文介绍了猴子岩水电站大坝振动台模型试验的概况,包括模型设计、模型制作、加速度传感器埋设、位移测点布置和试验工况设计等,并给出了主要的试验结果。试验研究表明,大坝结构的动力特性受振动强度和振动历史等因素影响,空间位置、输入地震动强度及类型、蓄水等因素对大坝结构的地震反应特性有重要影响。这些研究成果不仅可为大坝的抗震设计提供参考,而且是验证和改进地震动力反应分析方法和计算程序的重要资料。     

SMA弹簧-摩擦支座基础隔震体系的地震响应分析

大尺寸超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)螺旋弹簧是一种可用于结构减振控制的阻尼器。然而,迄今为止这种超弹性阻尼器在土木工程结构隔震领域的研究较少。本文提出了一种SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)并研究了其隔震性能。首先,在考虑材料内部相变过程的SMA本构关系模型的基础上,针对超弹性SMA弹簧的恢复力性能建立了一种便于工程应用的新的宏观现象模型。随后,推导了SFB隔震结构体系运动方程,利用MATLAB程序进行了结构地震响应的数值模拟。最后,将SFB隔震体系的地震响应与具有相同结构参数的纯摩擦支座(Pure Friction Bearing,简称PFB)隔震体系和摩擦摆(Friction Pendulum System,简称FPS)隔震体系的地震响应进行了对比分析。研究结果表明,SFB对上部结构具有良好的加速度减振效果,同时,该支座较其它两种滑动支座在降低隔震层位移峰值响应和抑制隔震支座残余位移两方面具有明显的优势。     

中间柱型黏滞阻尼器装配式钢框架减震性能研究

为研究黏滞阻尼器与装配式钢框架中间柱式连接的整体抗震性能,且跨内不同位置的减震效率,设计出3个足尺的三层装配式钢框架结构:无控结构、柱靠边布置结构和柱居中布置结构,利用振动试验台对其进行测试,对比研究模型结构的地震反应,并采用有限元软件SAP2000进行模拟验证。试验和数值模拟结果均表明:无控结构在地震输入下地震反应较大,对其附设黏滞阻尼器后,地震响应得到有效控制,且柱居中布置结构的附加阻尼比高于柱靠边布置结构,其减震效果更优。     

形状记忆合金简化本构模型在结构抗震中的应用

在形状记忆合金(简称SMA)Brinson本构模型基础上推导并给出了伪弹性分段线性化本构模型，该模型参数多，计算不发散，节省计算资源。文中给出了该模型用于结构抗震的计算实例，计算结果显示了该SMA伪弹性分段线性化本构模型在结构被动控制中具有优良的性能。     

超弹性形状记忆合金螺旋弹簧恢复力的数值模拟

形状记忆合金(SMAs)在土木工程被动控制领域的研究近年来得到了极大的关注。研究人员已经提出了多种含有SMA丝的隔震器和阻尼器,大尺寸SMA超弹性螺旋弹簧是一种可输出较大位移的阻尼器。由于以往在结构防震减灾领域有关SMA螺旋弹簧力学性能的研究较少,因此在Liang和Rogers提出的SMA应力-应变本构模型的基础上,针对SMA螺旋弹簧恢复力特性建立了一种便于工程应用的新型宏观模型,并利用MATLAB程序进行了数值模拟以验证所提出模型的适用性和正确性。研究结果表明:SMA螺旋弹簧具有较好的复位和耗能能力;同时,根据该宏观模型得到的数值模拟结果与其他学者的试验研究结果吻合较好。总的来看,数值模拟方法可较准确描述超弹性弹簧的力学行为,且方便在现有常规结构软件中实现。     

长输埋地管道振动台试验传感器布置方案研究

在进行长输埋地管道振动台试验的过程中,针对数据信息的采集量测以及传感器的布置位置进行了研究。采用三维数值模拟的方法对管-土相互作用体系进行了地震反应分析,内容包括埋地管道结构纵、横向在非一致地震动作用下的地震响应及受力变形特征。根据计算结果确定了主观测断面及辅助观测断面的位置及观测断面上传感器布置的位置,在满足基本信息采集要求的前提下,对可供采用的信息采集通道进行了优化分配,由此确定本次试验的观测断面以及传感器的具体测量部位与数目。成果对试验获得成功起到了保障作用,可为同类试验提供参考。     

基于改进遗传算法优化BP神经网络的单体建筑物震害评估方法

结合机器学习算法最新研究进展,提出一种基于改进遗传算法优化BP神经网络的单体建筑物震害评估方法。以四川地区为例,通过改进遗传算法优化BP神经网络建立评估模型,输出评估区域内不同结构类型单体建筑物在各震害影响因素综合作用下的破坏等级,并通过实际算例分析对模型的有效性进行验证。结果表明,该方法可快速、准确地评估单体建筑物震害情况。     

基于遗传算法优化神经网络权值的大坝结构损伤识别

针对传统 BP 神经网络存在着容易陷入局部极小点、训练时间太长等缺点,本文采用基于浮点编码的遗传算法,对 BP 神经网络的初值空间进行了遗传优化。用基于浮点编码的遗传算法来优化 BP 神经网络的权值,可得到最佳初始权值矩阵,并按误差前向反馈算法,沿负梯度搜索进行网络学习。文中以混凝土重力坝结构作为算例,用结构的模态频率变化作为网络的输入向量,结构的损伤位置作为输出向量,对网络进行了训练。仿真结果表明：遗传 BP 神经网络的收敛和诊断能力优于传统 BP 神经网络,可有效地运用到大坝结构的健康诊断与损伤识别中。     

地下结构抗震理论分析与试验研究的发展展望

目前我国在地下结构抗震分析与破坏灾变机理研究中尚存在诸多问题需要解决,在分析总结我国地下结构抗震理论与试验研究的基础上,重点阐述了需要进一步深入研究的六个关键问题:地下结构振动模型试验研究技术,土体非线性动力本构模型,高轴压的地下结构承重构件地震破坏机理,非一致波动输入及非一致波动输入下地下结构的地震反应,饱和砂土液化大变形理论及本构模型,大型三维非线性土-结构动力相互作用分析模型。这些问题的研究和解决对于完善地下结构抗震理论分析方法与试验研究技术,获得大型地下结构在地震作用下的反应规律与破坏灾变机理具有重要的科学意义和工程应用价值。     

电磁惯质阻尼器在结构中位置优化以及减震分析

近年来,电磁惯质阻尼器(Electromagnetic Inerter Damper,EMID)的力学模型在土木工程减振研究领域已取得一定的研究成果,成为了一种十分有效的惯性质量减震装置。为了更好地发挥EMID减震效果,在以层间位移角为控制目标函数和相同阻尼器参数下,采用均匀布置与权系数布置、迭代法以及基于遗传算法的阻尼器位置优化布置四种布置方案对EMID在多自由度结构中安装位置进行优化布置,随后引入四个抗震性能评价指标对十自由度结构在四种位置布置方案下的减震效果进行分析比较。最后选出一种最优的阻尼器位置布置方案,进行十自由度结构控制参数变量仿真分析,分析了EMID在相同惯质不同电磁阻尼力和相同电磁阻尼力不同惯质的条件下的减震效果,为EMID的后续研究和其工程实际应用提供一定的理论基础。     

基于磁控形状记忆合金驱动器的结构自适应模糊控制

基于新型材料磁控形状记忆合金(MSMA)变形率大和反应迅速的特性,设计制作了一种磁控形状记忆合金主动杆件,将其应用到1个4层的空间杆系模型结构振动控制中;并结合遗传算法,对MSMA驱动器在模型结构中的布置进行优化。利用自适应模糊控制原理,建立了含多个调整因子的规则自调整模糊控制规则。然后对空间杆系结构进行规则自调整的结构模糊控制仿真,比较了El Centro地震波作用下结构在无控、模糊控制以及自适应模糊控制下的地震响应。仿真结果表明:MSMA驱动器具有良好的作动效应,经优化布置的MSMA驱动器能够有效的降低结构的振动响应;规则自调整的自适应模糊控制自适应性强,能够应用于结构的主动减振控制中。     

应用形状记忆合金的桥梁结构振动控制研究及发展

简要介绍了形状记忆合金（SMA）材料的本构关系及其显著特性。总结了桥梁结构在地震和风振作用下的灾害，以及SMA驱动器和阻尼器在桥梁结构隔震及减震应用上的研究现状，展望了SMA在桥梁结构尤其是在大跨度斜拉桥和悬索桥结构抗震风振动控制中的应用前景，指出了基于SMA材料的桥梁结构振动控制研究中亟待解决的一些关键技术。     

基于改进遗传算法的地震后重建工程造价模型改进设计

传统依据BP神经网络的地震后重建工程造价模型求导运算过程复杂,收敛效率较低,造价结果准确性低。提出基于改进遗传算法的地震后重建工程造价模型,结合地震后重建工程造价的影响因素,通过算法优化造价模型,选择更好的造价模拟数据,模拟数据构建造价函数模型,利用T系数运算分析造价函数模型数据,采用二进制计算规律对造价函数的数据参数实施拟定,通过公式演算获取高精度的数据参数值,得到精确的造价数据。实验结果表明:所设计的模型能够准确、快速的对地震后重建工程造价进行预算。     

考虑材料损伤累积的型钢高强混凝土框架节点数值建模及参数分析

为研究地震作用下损伤累积对型钢高强混凝土框架节点抗震性能的影响,基于5榀型钢高强混凝土框架节点低周反复加载试验结果,分析节点构件损伤累积过程及其对刚度和强度的影响。从材料自身损伤入手,通过引入刚度影响系数考虑循环荷载作用下混凝土的单边效应,对Faria-Oliver本构模型进行改进,进而建立适应于型钢混凝土结构的材料损伤累积本构模型。同时基于该模型采用ANSYS分析软件对地震作用下的型钢高强混凝土框架节点进行数值分析,并与试验结果进行对比分析。结果表明:采用本文建立的材料损伤累积本构模型能较好地反映地震作用下型钢高强混凝土框架节点的损伤特性。在此基础上,进一步分析构件轴压比、配箍率、配钢率等设计参数对型钢高强混凝土框架节点抗震性能的影响。研究成果可为该类结构构件的抗震设计提供理论和技术支撑。     

BP神经网络在地震噪声波形检测中的应用

为实现自动检测地震噪声波形是否异常,提出应用BP神经网络技术进行地震噪声波形检测.选取福建地震台网88个测震台站2018-2019年的地震噪声原始波形,计算波形的加速度功率谱密度(PSD)值作为神经网络的输入特征值,在MATLAB中构建BP神经网络进行学习训练和仿真测试.测试验证了训练后的BP神经网络模型具备了可靠的地...     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。