基于强震监测数据的消能减震结构性能评估和再生方法研究

The traditional design way for an energy dissipation structure nowadays generally utilizes an analyzing method based on the experimental results in laboratory for energy dissipation devices. Such design way is difficult to evaluate the real responses of the devices and structure during an earthquake after the installation of the devices, and also is impossible to estimate whether the devices and structure achieved the objective design purpose or not, which in turn makes it difficult to feed back the real effect of the devices to the design process. This research directly utilizes vibration response data of an energy dissipation structure locates in a region where earthquake frequently occurs, together with the simulation and vibration table test results, to estimate the hysteresis behavior of the energy dissipation devices and the characteristics of the structure. By proposing nonlinear evaluation method for the structural performance and the energy dissipation ability of the devices, we try to develop the characteristics variation law of the energy dissipation devices and the structure. Those results will help us to feed back the evaluation results to the design process to establish more reasonable design theories and methods for initial design and performance rehabilitation, in order to fulfill the capacity of the energy dissipation devices, and improve the seismic capacity of the energy dissipation structure.

传统的消能减震结构设计流程，主要使用基于实验室试验数据的结构性能分析，难以评估既有结构的消能减震装置的实装效果，以及结构的实际抗震性能是否达到预计性能目标，同时也很难将实装后的消能减震效果反馈于设计流程。本研究将直接利用地震频发地区的消能减震结构的强震监测数据，结合振动台实验和数值模拟，提出基于位移和恢复力监测数据的消能减震装置的滞回模型识别及性能评估方法，提出消能减震结构的非线性识别方法，建立结构抗震性能和消能减震装置的耗能能力评估方法，从而揭示消能减震装置和结构的抗震性能演化规律，并将结果反馈于设计流程，建立基于强震监测数据的更合理的初始设计理论和性能再生理论，提出更有效的初始设计和再生设计方法，最大程度地发挥消能减震装置的性能，提高消能减震结构的抗震性能。

消能减震结构在安全性及舒适度控制方面有着优异的表现。然而，相较广泛的实际工程应用，减震结构及附属减震系统的强震工作性态、极限破坏机理及性能演变研究尚不充分。数据驱动的结构健康监测是量化研究结构性能退化及突变的可靠途径，也能反馈于设计，有助于减震结构体系的全寿命性能推演和震损风险管控。.本项目以一栋油阻尼器减震结构的性能演变为切入点，借助强震监测数据研究减震结构体系的实际工作性能及震损风险评估。以油阻尼器减震结构的模态识别为例，利用结构强震监测数据和贝叶斯统计推断框架，研究了结构模态特征的估计不确定性、扩阶振型选择及地震响应预测，量化分析了减震系统破坏和再生对结构动力特征的影响。.针对油阻尼器减震系统的实际性能量化需求，研究了常用阻尼器模型参数的估计唯一性和减震系统的附加阻尼和附加刚度量化，提出了一种改进应变能方法和一种贝叶斯直接模型修正方法，前者以有效阻尼比和有效频率为指标，将减震系统性能量化纳入统一应变能框架，拓宽了传统方法的估计范畴，后者则能更全面量化减震系统对结构模态参数的贡献及其估计不确定性，避免应变能方法的近似估计局限性。.考虑阻尼器构件接触、阻尼器功能失效及支撑屈服破坏，定义了阻尼器-支撑体系的三极限状态，提出了一种Maxwell-Hertz组合模型，重演了油阻尼器在311大地震中的破坏过程，说明了阻尼器极限破坏显著影响结构地震响应；结构长期模态数据呈现明显幅值相关性和变异性，提出了一种等级贝叶斯统计推断方法，用于预测模态参数的后验概率分布及修正结构动力模型。.本项目提出了自平衡惯容器、拉索连接惯容器的设计开发、试验验证及优化布置研究，提出了一种基于性能的跨层型拉索式惯容系统的拉索拓扑形状和惯容系统设计参数同步优化的方法，可服务于结构的性能迅速再生。