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地震是一种随机性极强的自然灾害现象,全球每年发生地震次数约为550万次。如何增强建筑物的抗震能力,成为当今的科学研究的重要课题,其相关研究在其他领域也成为应用热门。
在抗震建筑研究中,如何简化建筑物,建立其理论和实验模型是研究建筑物的抗震能力的关键。当今的研究主要将高层建筑简化为框架结构模型,这类模型计算量大,分析时间长,制约了该研究方法的应用和推广。
本课题提出采用结构力学中梁的理论,将高层建筑简化成为Timoshenko梁系统,结合有限元方法,通过MatLab建立梁系统的质量和刚度矩阵,分析和观察高层建筑在地震过程中的动态响应,并与理论计算结果进行对比,对比结果表明,Matlab分析结果是正确的。
本课题为简化成梁模型的建筑物添加了补偿系统,并将实际地震波的激振数据输入所建立的模型,研究模型响应情况,通过分析结果来检验补偿系统减震耗能的效果。为了尽量减少补偿系统在建筑物中占据的面积和质量,采用进化优化方法搜索补偿系统参数的最优值,在降低建筑物成本的同时提高建筑物的抗震性能。
课题研究表明:通过梁系统建立的高层建筑模型是一种可行的简化方法;由质量、刚度和阻尼组成的补偿系统对建筑物有明显的减震耗能作用;地震波的响应分析保证了补偿系统在实际情况下的作用效果;通过进化优化搜索,可以找到在保证降低响应值的同时,尽量小的补偿系统参数值。
本课题找到了一种研究抗震建筑的新方法,但仅仅停留在理论分析的阶段,实验验证的部分还有待开发。同时,进化优化搜索的效率还不够高,理论分析也还需深化。