国家自然科学基金研究专著《基于性能的结构抗震设计——理论、方法与应用》

本书较系统地介绍了基于性能的抗震设计思想、理论和方法，建立起了基于性能的结构抗震优化设计的框架，着重介绍了作者多年来的相关研究成果，主要包括基于投资-效应准则的优化设计模型的建立、基于性能的目标可靠度优化决策、结构分灾抗震设计及基础隔震结构一体化优化设计、结构可靠度分析及基于可靠度的优化设计算法研究、ANSYS软件二次开发及其在实际工程中的应用等．     

基于性能的隔震结构动力优化设计

结合优化问题的特点,应用稳健的优化算法以合理的计算代价求解了非线性隔震结构合瞬态约束的混合变量动力优化设计问题．首先根据投资-效益准则建立了基础隔震结构一体化优化设计模型,其中目标函数是结构寿命周期内的总费用,包括结构初始造价和损失期望,约束条件包括隔震层水平位移、上部结构层间变形等,优化模型同时对上部结构截面尺寸和隔震器参数进行优化．充分利用铅芯橡胶支座隔震结构的局部非线性性质,使非线性隔震结构的时程分析计算效率接近线性动力分析．然后应用合潜在约束策略的序列二次规划算法,并结合选择性动态圆整法进行具有连续、离散混合变量的隔震结构的非线性动力优化设计．算例表明了优化模型和算法的正确性和有效性．     

浅谈基础隔震技术在建筑上应用与发展

近几年来,全球地震灾害频发,建筑物的抗震减灾性能逐渐成为人们关注的焦点。本文从分析基础隔震结构建筑与传统抗震建筑的差异,重点介绍了基础隔震结构的技术关键—基础隔震层和隔震装置。结合近20多年来隔震结构建筑成功运用的实例,凸显出了隔震结构建筑在抗震方面的优越性,最后,结合基础隔震技术的经济性,对未来隔震结构建筑的发展做了分析。     

已建立立桥工程系统抗震加固优化方法研究

考虑参数不确定性和桥梁上部结构摩擦等因素的影响，对已建立交桥桥墩和桥梁上部结构进行了可靠性分析，进而研究了基于可靠性的已建立交桥结构抗震加固优化分析方法，把已建立交桥结构作为整体系统，以可靠度作为协调参数，运用结构优化方法解决了结构安全性和经济性之间的矛盾，从而为实际已建立交桥结构工程系统抗震加固和抗震对策提供了实用的分析方法。     

基于推覆分析的柱尺寸对隔震框架结构抗震性能影响

现有隔震结构的研究主要集中于隔震支座,较少考虑上部结构力学特性对整个隔震建筑抗震性能的影响。本文设计了符合规范要求的隔震RC框架结构并依次增大柱尺寸,研究柱尺寸对隔震结构抗震性能的影响。本文利用SAP2000对四个隔震模型分别使用倒三角加载模式和均匀分布加载模式进行Pushover分析,并使用能力谱法评估隔震结构抗震性能。研究结果表明在相同的顶点位移时,隔震结构承受的剪力更小,因而抗震性能比普通结构更优越;通过分析隔震结构塑性铰开展及层间位移变化情况,增大柱尺寸使隔震结构破坏减轻,改善了隔震结构尤其是结构首层的抗震性能;随着柱尺寸越来越大,层间位移减小幅度递减,即抗震性能改善效果减弱。因此,柱尺寸600mm基础上增加10%的方案对隔震结构抗震性能提升最为明显。     

基于性能的结构抗震加固理论

将基于性能的设计思想与结构加固设计方法相结合,提出了基于性能的结构加固设计理论．该理论明确了结构加固的性能目标和评价准则,清晰地展现了加固结构基于位移的设计基本过程,并将pushover静力推覆分析运用于结构加固前后抗震性能的评估．最后提出了今后的研究方向及应着重解决的问题.     

结构抗震与减震加固方法的应用

目前,结构抗震加固已成为我国建筑物加固的一项主要工作。本文从结构抗震与减震加固原理出发,总结和介绍了各种抗震减震加固方法和技术,论述了各种加固技术的特点,并重点消能减震与隔震减震加固方法,供工程设计人员参考。首都体育馆是08年北京奥运会的改扩建项目之一,存在着较严重的抗震安全问题,须进行抗震减震加固改造。以此为背景哈尔滨工业大学提出了以减震加固为主,抗震加固为辅的改建方案。     

钢筋混凝土结构抗震加固技术刍议

基于钢筋混凝土结构抗震加固的原则,本文分析了目前常用的钢筋混凝土结构的抗震加固传统方法及新技术,提出了抗震加固方法可能的研究方向。     

基于分灾模式的高层结构抗震优化设计

简要回顾了结构抗震设计概念的发展状况,讨论了基于分灾模式的结构抗震设计概念;建立了基于分灾模式的结构抗震设计模型;并结合钢筋混凝土高层结构进行了分灾设计。结果表明,与普通设计相比,分灾设计在投资－效益、大震作用、最弱层层间变形指标等方面,都有不同程度的改善。     

基于投资-效益准则的结构目标性能水平

投资-效益准则作为基于性能的抗震设计的一个基本原则,反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变,即从以往只注重结构安全,向全面注重结构的性能、安全及经济等诸多方面发展.讨论了结构目标性能水平的合理描述;根据投资-效益准则,提出了基于结构层间变形失效模式的目标可靠度优化决策模型,并介绍了最优结构设计强度和最优设防烈度;最后讨论了上述3种目标性能水平的特点,得出结构寿命周期总费用评估是3种目标性能水平优化决策中均需解决的问题,而且最优可靠度强调结构个性,最优设防烈度是强调结构共性的结论.     

基于全寿命抗震性能的近海桥梁结构多目标优化设计方法

投资-效益准则是基于结构性能抗震设计的重要原则,它所追求的设计目标是在结构的初始造价与地震损失期望之间达到一种和谐的优化平衡,使结构在全寿命周期内总费用最小.在以上的单目标优化模型基础上,提出了考虑结构初始造价、损伤期望、检查和维护费用、拆除费用及残余价值和环境污染费用的多目标全寿命优化设计模型.基于所提出的多目标优化设计模型,应用精英保留非劣排序遗传算法,建立了以截面尺寸、纵筋和箍筋的配筋率为决策变量的近海桥梁结构全寿命抗震性能多目标优化设计模型,并给出了优化设计流程及具体实现.结果表明:得到的非劣解在目标空间分布均匀,算法收敛性和鲁棒性较好.     

基于风振舒适度的高层建筑生命周期费用模型

根据感知结构在风荷载作用下振动的人数所占比例将超高层建筑舒适度性能水平划分为五个等级,并以结构水平振动加速度作为控制指标,建立了超高层建筑舒适度性能的评价方法。通过虚拟激励法进行频域分析求得结构在随机风荷载作用下的响应特性,获得一次强风作用下结构各性能水平的可靠度;考虑工程场地可能出现的风荷载水平得到建筑生命周期内各舒适度性能水平的可靠度;同时根据 “投资-收益”准则建立基于舒适度性能的超高层建筑生命周期费用模型;该模型可以考虑不同设计方案下的生命周期费用,并可依据生命周期费用最小原则进行投资决策,是基于性能的抗风设计的具体应用。利用该方法对某超高层建筑进行了调频质量阻尼器(TMD)安装与否进行了投资决策,说明了本方法的适用性。     

粘滞阻尼器组合基础隔震结构分析

介绍了基础隔震结构能量设计方法原理。运用有限元分析软件ANSYS建立了5层3跨框架结构模型,对比分析了基础固定结构、基础隔震结构和粘滞耗能组合隔震结构地震反应。结果表明,基础隔震结构的地震反应显著小于基础固定结构,隔震结构层间位移集中于隔震层。在隔震层加设粘滞阻尼装置后,上部结构减震效果与未加设阻尼器隔震结构相近,而隔震层位移显著减小。     

多层框架结构基础隔震有限元分析

以一幢8层框架结构的隔震建筑和传统抗震设计建筑的抗震效果进行分析对比,应用ABUQUS软件建立框架计算模型,分别采用普通叠层橡胶支座(RB)和铅芯橡胶支座(LRB)作为隔震装置的基础隔震2种隔震抗震方案,对其框架结构模型的底部输入E-l centro形地震波.分析结果表明,RB方案与LRB方案的抗震效果均优于传统方案,且RB方案抗震效果略好于LRB方案.     

一种磁流变弹性体执行器的联合优化方法研究

磁流变弹性体（magnetorheological elastomer, MRE）执行器作为智能减振应用系统的核心元件,其结构的优化是决定执行器性能上限及系统控制成效的关键。针对目前MRE执行器优化方法及理论研究欠缺的问题,文中面向一款横向隔振的MRE执行器,基于其机械结构和有效磁路,以优越磁控性能、低功耗和快速响应时间为优化目标,提出了一种新的MRE执行器联合参数优化方法。首先,基于MATLAB和COMSOL的联合仿真,将遗传优化算法和电磁有限元分析方法进行有效结合,实现对MRE执行器的优化编程;其次,完成对器件的全局尺寸结构优化设计,使得器件具备优越磁控性能（526.21 mT）、低功耗（44.05 W）及快速响应（5.43 ms）;最后,通过搭建测试系统对优化后装配的MRE执行器进行测试和评估,验证了文中优化方法的可行性和有效性。提出的联合优化方法不仅适用于MRE执行器结构,还可为多领域减/隔振应用的共性MRE器件优化设计提供理论参考。     

不确定变时滞模糊广义系统的最优保成本控制

针对一类带有时变时滞的不确定T-S模糊广义系统,提出了基于时滞独立准则的最优鲁棒保成本控制方法.考虑一个线性二次成本函数作为闭环系统的性能指标,以线性矩阵不等式的形式给出了状态反馈保成本控制器存在的充分条件.最优保成本控制器的设计问题可以被简化为一个线性不等式约束的凸优化问题.所设计的保成本控制器不仅保证闭环系统的渐近稳定,而且具有最小的保成本上界.最后,数值算例说明了所提出方法的有效性以及最优保成本控制器的良好性能.     

隔震抗震技术

阐述了隔震技术将建筑物和强烈地面运动隔开，使作用在结构上的水平地震力降低，从而提高了结构安全性或降低建筑物造价的原理．并主要对美国，新西兰和日本这三个走在抗震研究前沿的国家的隔震技术的应用情况包括隔震材料和隔震体系作了详细的介绍，同时简要介绍了在进行隔震设计时需要注意的问题．最后从业主的认识误区、生产工艺和工程师的设计观念几个方面，分析了阻碍我国使用隔震技术的原因，并对怎样推广隔震技术提出了几点建议．     

基于随机地震响应的大跨隔震结构性态设计方法

为实现基于性态的抗震设计理论在被动控制结构中的应用,以大跨度隔震结构为研究对象,提出了基于随机地震反应的结构设计框架。框架包括定义结构的性能水平、确定并量化性能目标、基于位移指标设计隔震层、计算结构随机地震响应、评估大跨度隔震结构可靠度这五部分内容;通过算例表明:提出的基于性能的抗震设计方法与可靠度理论相结合,能在给定的性能目标下有效地保证大跨隔震结构的安全,对指导大跨结构抗震设计实践具有一定的指导意义。