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1、质量偏心结构中粘弹性阻尼器智能优化探究 摘要：本文以某外形规则但质量偏心结构中粘弹性阻尼器的优化问题为研究对象,建立一种粘弹性阻尼器优化设置的新型优化数学模型,基于改进的遗传算法（MGA）和有限元分析方法开发并详细阐述了一种面向偏心结构中阻尼器快速优化布置的平台.首先:与穷举法结果比较,通过逐步积分法,验证了该优化平台对于某质量偏心结构中,给定数目粘弹性阻尼器位置优化结果的可靠性和高效性;然后引入两个性能评价指标,通过数值分析,对布置了不同数量软钢阻尼器的偏心结构分别进行了小震、中震和大震下的动力时程分析，
2、综合考虑结构整体受力和变形、结构抗侧力构件的内力以及结构减震优化的经济性要求，给出了粘弹性阻尼器数量的最优值.关键词：质量偏心改进的遗传算法粘弹性阻尼器中图分类号：F253.3文献标识码：A0引言8粘弹性阻尼器是常用的速度型阻尼器,国内外学者对其优化设计的研究采用了不同的方法.Zhang和Soong[1]提出了一种简单的连续搜索方法,对非均匀剪切型结构中粘弹性阻尼器(VED)的位置进行了局部优化.Gürgêze和Müller[2]对一给定的线性多自由度体系结构中VED的位置和阻尼系数进行了优化.上述研究采用的
3、地震动记录具有极大的随机性，集中于研究剪切层模型或者平面规则模型，对偏心结构的扭转控制方法的研究多集中在粘滞阻尼器方面,对偏心结构中的研究相对较少.1工程概况以一栋10层框架结构建筑物(n=6)为例（图1）,结构刚度中心和质量中心不重合,几何中心与刚度中心重合,x方向存在偏心距ex=4m,y方向存在偏心距ey=2m.图1结构平面图2基于遗传算法和有限元方法的联合优化算法笔者利用Matlab编制了基于改进的遗传算法优化理论的偏心结构中阻尼器位置优化程序.通过数据接口模块，将遗传算法模块产生的阻尼器位置矩阵导入结
4、构有限元动力分析模块，并将对应的动力分析结果，传输回遗传算法模块，实现了遗传算法模块和动力分析模块之间的数据通信，计算不同阻尼器位置的受控结构对应的评价函数值，便于后续完成遗传算法个体的选择、交叉和变异，经过多代进化，最终找到最优进化个体，即最优的阻尼器位置分布.2.1粘弹性阻尼减震结构力学模型笔者采用T.T.Soong建立的等效刚度和等效阻尼模型[3].其恢复力Fv可以表示为:8(1)式中,和分别为阻尼器的阻尼系数和刚度系数.2.2改进遗传算法模块2.2.1编码本主体结构共9层,经过抗震审查建议沿着X方向布
5、置阻尼器，每层有两个可选位置，采用分组布置的原则，即每层的两个可选位置同时布置，这样共计9组阻尼器.采用二进制编码码长度为9,即码的位数为9.若第i位基因值为1,则表示第i楼层布置两个阻尼器;若第i位基因值为0,则表示第i楼层没有阻尼器.2.2.2改进遗传算法模块应用遗传算法基因编码后,按下列步骤进行:(1)随机产生一个由确定长度的特征串组成的初始群体;(2)计算群体中每个个体的适应度;(3)应用复制、交叉和变异等遗传操作产生下一代种群;(4)终止准则:遗传算法反复执行(2),(3)两个步骤,直至满足以下收敛
6、准则之一:①已找到能接受的优秀个体;②已进行了预定的最大代数;③在预定的代数内最适应个体的适应度无改进.2.2.3选择8在被选机中每个个体具有一个选择概率,这个选择概率取决于种群中个体的适应度及其分布.常用的方法有轮盘赌选择方法、随即遍历抽样法、具备选择法、截断选择法等.本文采用轮盘赌选择法.3算例优化及结果分析3.1联合优化算法参数取值及结果有效性验证粘弹性阻尼器采用两层粘弹性层的常用阻尼器,选用基于拟合标准反应谱生成的人工地震动记录,通过调整其峰值加速度分别为70、200、400cm/s2，进行了小、中、
7、大震下的动力时程分析，研究了阻尼器数量对结构整体受力和变形，对结构抗侧力构件受力以及阻尼器耗能效率的影响.表1给出了应用穷举法优化布置4组（8套）阻尼器情况时的计算结果与联合优化算法结果的比较.可见,此种联合优化算法不仅优化结果正确,而且耗时远远小于穷举法.表1布置10套粘弹性阻尼器优化结果比较参数穷举法改进遗传算法适应度函数值0.7970.797优化结果2457824578优化耗时/s189301579注:表中数字是阻尼器最优布置的层位置,每层有两套阻尼器.83.2阻尼器数量对结构整体受力与响应的影响从图2
8、可知：大震情况下，楼层总平均剪力比（各层剪力比数值的平均值）曲线是一个快速下降、再迅速上升的过程，在阻尼器数量为7组时处于谷底.结构所受水平地震力最小.这说明随水平地震荷载的增加，合理的阻尼器分布，可以充分发挥阻尼器的耗能机制，对于不连续设置阻尼器的结构,并不是阻尼器越多,而是当阻尼器耗能达到最大时,主体结构所受地震力才最小，才达到阻尼器数量优化的目的.3.3阻尼器数量对抗侧力构件受力影响3.3.1
