巨—子结构控制体系的理论与试验研究

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1、中文图书分类号：TU318密级：公开UDC：625学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：巨-子结构控制体系的理论与试验研究论文作者：李祥秀学科：土木工程指导教师：周福霖院士闫维明研究员谭平研究员论文提交日期:2015.06UDC：625学校代码：10005中文图书分类号：TU318学号：B201204042密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：巨-子结构控制体系的理论与试验研究英文题目：EXPERIMENTALANDTHEORETICALSTUDYONMEGA-SUBCONTROLSYSTEM论文作者：李祥秀学科专业：土木工程研

2、究方向：结构抗震减震申请学位：工学博士指导教师：周福霖院士闫维明研究员谭平研究员所在单位：建筑工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：李祥秀日期：2015年6月10日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规

3、定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：李祥秀日期：2015年6月10日导师签名：闫维明日期：2015年6月10日摘要摘要巨-子结构控制体系是指巨型结构在其主结构与子结构之间设置控制装置而形成的一种新型结构体系。近年来，巨-子结构控制体系因其优良的减震性能而成为众多学者研究的焦点。但是，目前对于巨-子结构控制体系的研究中还存在许多亟需解决的问题。比如，结构体系的减震机理及参数优化、结构体系的破坏模式及该体系可靠度和灵敏度的研究等问题。本文充分借

4、鉴巨-子结构控制体系已有的研究成果，对结构体系的减震机理、参数优化、能量响应分析、扭转效应及摇摆性能对结构体系的影响以及巨-子结构控制体系的可靠度、灵敏度和易损性进行了理论分析，在此基础上进行了振动台试验研究，主要研究工作及成果包括如下几个方面：（1）研究了巨-子结构控制体系中当子结构与主体结构之间的质量比由小到大时其相应的减震机理。研究表明巨-子结构控制体系的减震机理为：当子结构与主结构的质量比较小时表现为TMD调谐，质量比较大时表现为基础隔震，中间区域为层间隔震，这与以往认为巨-子结构控制体系减震机理是调谐起控制作用不同。并从能量的角度进一步解释了巨-子结构控制体系的减震机

5、理。最后，通过HHT变换得出巨-子结构控制体系的边际谱强度，从能量方面证明巨-子结构控制体系在减震方面的有效性。（2）分析了巨-子结构调谐体系以及巨-子结构层间隔震体系的参数优化问题。在此基础上，建立了多自由度巨-子结构控制体系的运动方程，研究了减震子结构的位置及数量对最优参数的影响规律。结果表明：减震子结构的布置位置对子结构的最优频率比影响较小，而对子结构的最优阻尼比影响较大，减震子结构的数量对子结构的最优频率比和最优阻尼比均产生较大影响。最后，在最优参数的基础上，从随机谱分析、时程分析等角度研究了巨-子结构控制体系的减震效果。（3）采用串联刚片系模型，研究了巨-子结构控制体

6、系的偏心参数对巨-子结构控制体系地震响应的影响规律。偏心参数主要包括：主结构的偏心率、转侧刚度比以及子结构的偏心率和转侧频率比。研究结果表明：结构的偏心参数不仅会影响结构的侧向地震动响应还会影响结构的扭转向地震动响应，且随着偏心参数的变化，结构的响应呈现出不同的变化趋势。通过推导考虑摇摆时巨-子结构隔震体系的运动方程，运用均匀调制单点激励非平稳随机响应的虚拟激励法得出结构响应的谱密度及其时变方差，并用MATLAB编制相关程序对结构进行分析计算。结果表明：存在一个界限刚度比，当刚度比小于时，考虑摇摆时隔震结11I北京工业大学工学博士学位论文构的响应较普通隔震结构的响应相比变化

7、明显，当刚度比大于时，考虑摇摆时1隔震结构的响应与普通隔震结构的响应基本吻合。（4）基于随机振动的首次超越破坏准则，分析了结构体系的动力可靠度的计算方法。考虑地震激励为随机，结构处于弹性状态时分析了结构的随机参数对巨-子结构控制体系的层间位移角的可靠性灵敏度。另外，根据结构的地震响应信息，分析了结构的响应对各参数的灵敏度情况。从理论上给出了巨-子结构控制体系在做研究时，常采用质量比、频率比、阻尼比这几个变量的原因。最后，考虑巨-子结构控制体系自身的随机参数，采用概率密度演化方法给出结构随时