Cải tiến tối ưu cho các tòa nhà nhiều tầng bằng cách sử dụng cô lập động đất ở nhiều độ cao: đánh giá cho một số kích thích động đất

Bulletin of Earthquake Engineering - Tập 13 - Trang 2745-2768 - 2015
Dimos C. Charmpis1, Marios C. Phocas2, Petros Komodromos1
1Department of Civil and Environmental Engineering, University of Cyprus, Nicosia, Cyprus
2Department of Architecture, University of Cyprus, Nicosia, Cyprus

Tóm tắt

Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tiến khả năng chống động đất cho các tòa nhà nhiều tầng bằng cách lắp đặt các thiết bị cô lập ở nhiều cấp độ dọc theo chiều cao của tòa nhà. Thiết kế một giải pháp cải tiến hiệu quả loại này yêu cầu việc lựa chọn số lượng cấp độ cô lập phù hợp cần giới thiệu vào một tòa nhà, độ cao của các cấp độ này và các thuộc tính của từng thiết bị cô lập cần lắp đặt. Nhiệm vụ xác định cấu hình của các thiết bị cô lập phân bổ theo chiều cao của tòa nhà nhằm tạo ra hành vi kết cấu thuận lợi được giải quyết trong bài báo này với một quy trình tối ưu hóa được phát triển đặc biệt, quy trình này có thể tự động và hiệu quả khám phá tập hợp lớn các giải pháp cải tiến tiềm năng được hình thành từ tất cả các kết hợp có thể của số lượng, vị trí và thuộc tính của các thiết bị cô lập. Cụ thể, một thuật toán di truyền được triển khai để phát hiện cấu hình cô lập mà tối thiểu hóa gia tốc tầng tối đa của tòa nhà đang cải tiến, với điều kiện đảm bảo rằng các giá trị tối đa cho độ nghiêng giữa các tầng, dịch chuyển đáy và tổng chi phí cô lập không bị vượt quá. Một tòa nhà 6 tầng được sử dụng để kiểm tra quy trình tối ưu hóa được trình bày, trong khi nhiều chuyển động động đất mạnh đã được ghi lại được xem xét, được áp dụng riêng lẻ hoặc theo bộ cho tòa nhà trong khuôn khổ phân tích theo thời gian. Các kết quả số thu được chứng minh tính hợp lệ và hiệu quả của quy trình tối ưu hóa, có khả năng xác định các cấu hình cô lập khả thi cho tất cả các trường hợp thử nghiệm được kiểm tra. Điểm đặc biệt quan trọng là khả năng của quy trình tối ưu hóa cung cấp các giải pháp cải tiến hợp lệ cho các tòa nhà có khoảng cách chống động đất hẹp chịu tác động của những trận động đất rất mạnh, trong đó các cấu hình chỉ sử dụng cô lập đáy thường không có hiệu quả.

Từ khóa

#cải tiến chống động đất #cô lập động đất #tối ưu hóa #thuật toán di truyền #phân tích theo thời gian

Tài liệu tham khảo

ASCE (2007) Seismic rehabilitation of existing buildings, ASCE/SEI 41-06. American Society of Civil Engineers, Reston Baratta A, Corbi I (2004) Optimal design of base-isolators in multi-storey buildings. Comput Struct 82:2199–2209 Bucher C (2009) Probability-based optimal design of friction-based seismic isolation devices. Struct Saf 31:500–507 Charmpis DC, Lagaros ND, Papadrakakis M (2005) Multi-database exploration of large design spaces in the framework of cascade evolutionary structural sizing optimization. Comput Methods Appl Mech Eng 194(30–33):3315–3330 Charmpis DC, Komodromos P, Phocas MC (2012) Optimized earthquake response of multi-storey buildings with seismic isolation at various elevations. Earthq Eng Struct Dyn 41:2289–2310. doi:10.1002/eqe.2187 Clark PW, Aiken ID, Nakashima M, Miyazaki M, Midorikawa M (1999) New design technologies: the 1995 Kobe (Hyogo-ken Nanbu) earthquake as a trigger for implementing new seismic design technologies in Japan. In: Lessons learned over time, Vol. III, Earthquake Engineering Research Institute, USA Daniel Y, Lavan O (2014) Gradient based optimal seismic retrofitting of 3D irregular buildings using multiple tuned mass dampers. Comput Struct 139:84–97 Deb K, Gulati S (2001) Design of truss-structures for minimum weight using genetic algorithms. Fin Elem Anal Des 37:447–465 Earl CL, Ryan KL (2006) Effectiveness and feasibility of inter-storey isolation systems. In: Proceedings of the eighth U.S. national conference on earthquake engineering, Earthquake Engineering Research Institute, USA Iemura H, Taghikhany T, Jain SK (2007) Optimum design of resilient sliding isolation system for seismic protection of equipments. Bull Earthq Eng 5:85–103 Jangid RS (2005) Optimum friction pendulum system for near-fault motions. Eng Struct 27:349–359 Jara JM, Villanueva D, Jara M, Olmos BA (2013) Isolation parameters for improving the seismic performance of irregular bridges. Bull Earthq Eng 11:663–686 Lagaros ND, Charmpis DC, Papadrakakis M (2005) An adaptive neural network strategy for improving the computational performance of evolutionary structural optimization. Comput Methods Appl Mech Eng 194(30–33):3374–3393 Marano GC, Quaranta G, Greco R (2009) Multi-objective optimization by genetic algorithm of structural systems subject to random vibrations. Struct Multidisc Optim 39:385–399 Marano GC, Greco R, Chiaia B (2010) A comparison between different optimization criteria for tuned mass dampers design. J Sound Vib 329:4880–4890 Matsagar VA, Jangid RS (2008) Base isolation for seismic retrofitting of structures. ASCE Pract Period Struct Des Constr 13(4):175–185 Matta E, De Stefano A (2009) Seismic performance of pendulum and translational roof-garden TMDs. Mech Syst Signal Process 23:908–921 Mavronicola E, Komodromos P (2011) Assessing the suitability of equivalent linear elastic analysis of seismically isolated multi-storey buildings. Comput Struct 89:1920–1931 Mavronicola E, Komodromos P (2014) On the response of base-isolated buildings using bilinear models for LRBs subjected to pulse-like ground motions: sharp vs. smooth behaviour. Earthq Struct 7(6):1223–1240 Mitropoulou CC, Lagaros ND, Papadrakakis M (2010) Building design based on energy dissipation: a critical assessment. Bull Earthq Eng 8:1375–1396 Pamboris G, Phocas MC (2009) Seismically isolated multi-storey structures over the height. In: Proceedings of 2nd international conference on computational methods in structural dynamics and earthquake engineering, Rhodes, Greece Pan T-C, Ling S-F, Cui W (1995) Seismic response of segmental buildings. Earthq Eng Struct Dyn 24:1039–1048 Patnaik SN, Coroneos RM, Hopkins DA (1997) A cascade optimization strategy for solution of difficult design problems. Int J Numer Methods Eng 40:2257–2266 Phocas MC, Pamboris G (2009) Multi-storey structures with compound seismic isolation. In: Proceedings of earthquake resistant engineering structures VII. WIT Press, Southampton, UK, pp 207–216 Polycarpou P, Komodromos P (2010) Earthquake-induced poundings of a seismically isolated building with adjacent structures. Eng Struct 32:1937–1951 Pourzeynali S, Zarif M (2008) Multi-objective optimization of seismically isolated high-rise building structures using genetic algorithms. J Sound Vib 311:1141–1160 Ryan KL, Earl CL (2010) Analysis and design of inter-story isolation systems with nonlinear devices. J Earthq Eng 14(7):1044–1062 Sorace S, Terenzi G (2014) Motion control-based seismic retrofit solutions for a R/C school building designed with earlier technical standards. Bull Earthq Eng 12:2723–2744 Thermou GE, Pantazopoulou SJ, Elnashai AS (2012) Global interventions for seismic upgrading of substandard RC buildings. ASCE J Struct Eng 138(3):387–401 Villaverde R (1998) Roof isolation system to reduce the seismic response of buildings: a preliminary assessment. Earthq Spectra 14:521–532 Villaverde R, Aguirre M, Hamilton C (2005) Aseismic roof isolation system built with steel oval elements: exploratory study. Earthq Spectra 21:225–241 Wang A-P, Fung R-F, Huang S-C (2001) Dynamic analysis of a tall building with a tuned-mass-damper device subjected to earthquake excitations. J Sound Vib 244:123–136 Wang S-J, Chang K-C, Hwang J-S, Hsiao J-Y, Lee B-H, Hung Y-C (2012) Dynamic behavior of a building structure tested with base and mid-story isolation systems. Eng Struct 42:420–433 Wong KKF, Johnson J (2009) Seismic energy dissipation of inelastic structures with multiple tuned mass dampers. ASCE J Eng Mech 135(4):265–275 Xiang P, Nishitani A (2014) Seismic vibration control of building structures with multiple tuned mass damper floors integrated. Earthq Eng Struct Dyn 43:909–925 Ziyaeifar M, Noguchi H (1998) Partial mass isolation in tall buildings. Earthq Eng Struct Dyn 27:49–65 Zou XK (2008) Integrated design optimization of base-isolated concrete buildings under spectrum loading. Struct Multidisc Optim 36:493–507