基础隔震体系的多目标优化研究

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随着基础隔震技术的推广,隔震性能优化成为基础隔震研究的重要内容。本文在多目标优化的理论框架下,通过在Matlab的Simulink环境下的建模分析,实现了对橡胶垫基础隔震体系、滑移基础隔震体系和并联基础隔震体系地震反应优化研究。隔震优化的目标包括,上部结构最大层间剪力、隔震层最大位移;隔震层决策变量包括,屈服系数、名义周期和隔震层阻尼系数等。研究给出了三种基础隔震体系多目标优化Pareto前沿的一般特征及相关量之间的关系。本文的主要工作和研究成果为:1)在把握隔震性能优化研究的发展现状基础上,明确隔震优化的关键问题,即基础隔震体系地震反应的多目标优化研究;分析对比了多目标优化的各种算法,选定基于精英策略快速遗传算法(NSGA-Ⅱ)作为本文多目标优化的方法;2)针对各类隔震结构体系,建立了相应隔震层动力分析模型,并在Simulink环境中予以实现;3)采用Taft波和El波,对具有不同上部结构特征的橡胶垫基础隔震体系、滑移基础隔震体系和并联基础隔震体系分别进行了多目标优化,获得Pareto前沿。研究表明:采用NSGA-Ⅱ算法对基础隔震体系的地震反应指标进行多目标优化是可行的;橡胶垫基础隔震体系的Pareto前沿具有多模态特征,这种特征不随上部结构形式、地震波的类型和地震烈度的改变而变化;在橡胶垫基础隔震体系中,比较合理的隔震层名义周期b T约为3s,当b T <3s时,最大层间剪力系数fα急剧增加,当b T >3s时,隔震层最大位移m d急剧增加;当决策量包含阻尼比ζ时,Pareto前沿中的最优值一般集中在阻尼比ζ较大的区域。
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