大跨度连体高层结构多维多点地震反应分析及智能减振研究

大跨度连体高层结构已经越来越多的为城市高层结构采用，在地震作用下，多维地震分量以及由跨度增大带来的行波效应都容易使空中连廊发生扭转破坏而使结构失效。由于结构的日趋复杂和地震激励的随机性，宜采用抗震与减振并重的方针。本项目拟以理论分析、数值模拟、振动台阵试验为主要手段，研究大跨度连体高层结构的地震反应分析方法及其控制方法。主要包括：1）大跨度连体高层结构多维多点地震反应分析方法的建立及其地震反应特性研究；2）大跨度连体高层结构多维多点振动台阵试验验证， 并在验证地震反应分析方法的基础上研究地震动空间效应的影响程度随结构跨度的变化规律；3）在充分掌握结构地震反应特性的基础上，拟采用TMD被动控制和MR阻尼器半主动控制两种方案进行耗能减振研究，数值仿真优化控制参数及半主动控制算法并通过振动台阵试验验证控制效果。研究成果为今后此类结构的抗震设计提供理论依据，形成大跨度连体高层结构振动控制实用技术。

大跨度连体高层结构已经越来越多的为城市高层结构采用，由于结构体系的特殊性和连廊跨度的不断增大，在地震作用下，多维地震分量以及行波效应都可能使空中连廊发生扭转破坏而使结构在倒塌失效。本项目采用抗震与减振并重的方针，以理论分析、数值模拟、振动台阵试验为主要手段，研究大跨度连体高层结构的地震反应分析方法及其减振方法。主要研究成果包括：1）建立了大跨度连体高层结构多维多点地震反应分析方法并在进行了程序实现，数值模拟中发现在该类结构中考虑多维地震分量将使结构地震响应明显增大，同时考虑行波效应的多维多点地震激励时连廊与主塔间的连接区域附近杆件的内力有着不可忽略的增幅。2）首次进行了大跨度连体高层结构缩尺模型的振动台阵试验研究，研究结果不仅与理论分析结果进行了规律性的交互验证，同时试验结果也表明行波效应可能使关键部位的杆件内力增大50%以上，在当考虑不同视波速下的行波效应时，虽然结构内力变化并不随视波速的增减而单调变化，但且值得注意的是行波效应将使得连廊竖向加速度响应得到明显放大。因此，建议在对大跨度连体高层结构进行抗震设计中应该考虑多维地震分量同时考查多种可能视波速的行波激励下结构内力的变化。3）分别采用粘滞阻尼器被动控制，TIOC及WPT半主动控制算法进行了减振研究，仿真结果均表明在一致激励及多维多点地震激励下都取得了较好的减振效果。4）针对结构地震反应分析中具有明显薄弱关键子结构的特点及当前主动半主动控制系统搭建成本过高实用性差的缺点，将子结构模态综合法引入并尝试建立子结构模态控制算法，对模态综合法正问题的研究结果验证了模态综合法在大型土木工程结构中应用的正确性，在不同的子结构划分方法中仅有很小的计算误差。进而数值仿真结果表明推导的子结构模态控制算法可以在一致激励及多维多点地震激励下使控制效果接近传统基于全结构建立的控制算法，但建立的算法却可以降低系统计算负担从而提高计算效率并减少系统搭建成本。因此预期该子结构算法在进一步完善后也将可在更多不同类型的大型结构中加以应用。受项目资助共在国内外期刊发表期刊论文9篇（其中两篇已录用待发表），会议论文1篇，硕士论文4篇（一篇送审中），博士论文一篇，其中EI检索7篇，SCI检索2篇。