地震作用下摩擦耗能减震结构优化分析的遗传算法求解

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1、第22卷第1期　计算力学学报　Vol.22,No.12005年2月ChineseJournalofComputationalMechanicsFebruary2005文章编号:100724708(2005)0120083206地震作用下摩擦耗能减震结构优化分析的遗传算法求解3徐玉野,　王全凤,　罗　漪(华侨大学土木工程系,福建泉州362011)摘　要:提出了地震作用下摩擦耗能支撑参数优化的一种新的数学模型。它的特点是在给定的几条地震波作用下,在满足框架的规范层间位移角限值要求下,框架各层安装的耗能支撑刚度之和

2、最小,从而实现安装较少的耗能装置而能达到相同的抗震要求。本文利用遗传算法求解该优化问题,并编制了基于遗传算法的几条地震波分别作用下的摩擦耗能框架结构支撑参数弹塑性动力优化分析程序GAOFF。最后给出了一6层框架在三条地震波分别输入下的优化算例,分析结果表明本文方法是有效的。关键词:地震波;摩擦耗能支撑;框架结构;优化;遗传算法中图分类号:TU311.3　　　文献标识码:A摩擦耗能支撑的参数,则该摩擦耗能支撑框架结构1　引　言在输入其它地震波进行时程分析时,将会出现结构摩擦耗能支撑是在多层及高层框架结构中实不能

3、满足层间位移角限值的情况。当然,要使结构现结构减震控制的一种有效而经济的途径。摩擦耗在任何地震输入下都能满足层间位移角限值要求能框架结构设计的关键,在于合理地确定摩擦耗能是不现实的,但至少要使结构在几条有代表性的地支撑的布置及其控制参数。由于在大震时,框架主震波下能满足要求。一般而言,时程分析的地震波体结构的刚度和阻尼都在变化,摩擦耗能装置的状的数量,通常取3条。每一条的特性之间宜有所差态在附着和滑移之间交替变化,摩擦耗能支撑和摩别,以适当反应实际场地对未来地震的可能估计。擦耗能器安装的越多,结构在地震作用下

4、的位移反文献[1]给出了多条地震波分别输入下消能支撑应不一定就会越小,因此,摩擦耗能框架的设计是参数优化的一种方法。本文拟在这一方面继续研一个复杂的非线性问题。对摩擦耗能支撑参数进行究,主要包括两个内容:(1)提出几条地震波分别优化研究是必要的。输入下摩擦耗能支撑参数优化的一种新的数学模摩擦耗能框架的两个参数,耗能装置的起滑位型;(2)优化问题的遗传算法求解。移$udy和支撑刚度Kb,对结构耗能减震效果有重2　优化问题的数学模型要的影响。建筑抗震设计规范(GB5001122001)给出了这些参数的合理取值范围

5、。文献[1,2]对摩擦本文直接把各层需要安装的摩擦耗能支撑的耗能支撑参数优化进行分析,建立了各自的分析模刚度之和作为优化的目标函数,即型并进行求解。鉴于已有的优化分析模型的约束条n件基本相同,区别仅在于目标函数的不同,文献[1]minZ=∑Kbi(1)i=1探讨了已有的目标函数的几种形式,通过算例的分式中Kbi为各层安装的耗能支撑的刚度,n为结构析找出了既简单又有效的目标函数。从已有的研究的层数。耗能支撑的刚度越大,所需要的造价越高,可以看出,输入不同的地震波将得到不同的优化结因此这个目标函数,实际上能很好地

6、考虑到经济因果,如果取在某一条地震波下得到的优化结果作为素。收稿日期:2003205216;修改稿收到日期:20032082151优化问题的自变量取摩擦耗能框架的两个重基金项目:福建省建设科技项目(闽建科[2001]44号)资助项目.要参数:各层配置的耗能支撑的刚度Kbi和耗能装作者简介:徐玉野(19782),男,博士研究生;置的起滑位移$udyi。优化问题的约束条件为在给王全凤3(19452),男,博士,教授,博士生导师1定的几条地震波分别输入下,结构的反应均能满足·84·计算力学学报　第22卷　给定的层间

7、位移角限值要求。即$udyi,l取为0,$udyi,u取框架主体结构的层间屈服位s.t.ûuziûöhi≤[H](2a)移,以便使消能支撑先行屈服,达到保护框架主体结构的目的。Kbi,l

8、位型,其中主体结构的滞回模型为理想弹塑性模型。移。(2b)和(2c)是自变量的取值范围。式中[H]为将IDAFF与ANSYS的计算结果相比较,以验证程给定的层间位移角限值,对于消能减震结构,规范序IDAFF的正确性。规定取[H]=1ö80;Kbi,l为第i层的摩擦耗能支撑假定摩擦型耗能器的力2变形关系为Coulomb刚度的下限,可取为0,或者取在风荷载和多遇地摩擦型,耗能支撑始终处于弹性状态。则摩擦