原文链接：https://www.mdpi.com/2624-795X/6/3/56

论文标题：Adaptive Harmony Search-Based Optimization of Tuned Mass Damper Inerters Under Near-Fault Earthquake Records

期刊名：GeoHazards

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geohazards

研究背景

高层建筑对风荷载、交通和地震等动态效应极为敏感，其振动控制是土木工程领域的重要课题。被动控制装置，特别是调谐质量阻尼器（TMD）及其新型变体调谐质量阻尼器惯容器（TMDI），因无需外部能源、结构简单且能有效抑制结构振动而得到广泛应用。近断层地震记录因其通常包含速度脉冲和大位移需求，可对结构造成严重破坏，这给基于特定分析进行优化的控制系统设计带来了特殊挑战。针对传统的优化算法往往采用固定的搜索参数，可能无法适应复杂的搜索过程。本文旨在利用一种新型的自适应和声搜索算法，为暴露在不同类型近断层地震记录下的10层剪切框架建筑，寻找最优的TMDI设计参数，以最小化结构顶层的最大位移，从而有效减轻地震振动。

研究内容

研究采用一种新型的自适应和声搜索算法? 对TMDI参数进行优化。与经典和声搜索（HS）算法使用固定的和声记忆库考虑率与音调调整率不同，AHS算法能在每个搜索步骤中动态更新这两个关键参数，从而提高了在复杂解空间中找到全局最优解的概率。研究以一座10层剪切建筑为数值算例，将TMDI安装在第5层，目标是最小化顶层位移响应。优化问题包含四个设计变量：TMDI的质量、周期、阻尼比以及惯容器的质量。研究约束了TMDI的行程容量，并基于28条具有不同特征的近断层地震记录（包括14条脉冲型和14条非脉冲型）进行全面的时程分析。所有分析均通过MATLAB/Simulink建立结构运动方程并进行模拟。

优化结果显示，在非脉冲型近断层地震记录下，经过AHS算法优化的TMDI系统（设定行程容量限值为1.5，质量比为5%）将无控结构下的顶层最大位移（0.9919米）有效降低至0.6446米，实现了高达35%的位移减少。在脉冲型地震记录下，位移从0.6457米降至0.5596米，降幅为13.33%。分析表明，对于两种地震类型，优化后的TMDI质量、惯容器质量均达到了预设的上限值，而非脉冲型工况所需的TMDI阻尼比（0.3716）远高于脉冲型工况（0.0938）。通过对临界地震记录（如非脉冲型中的CHICHI/TCU067_285和脉冲型中的NORTHR/RRS_032）的位移和总加速度时程曲线对比可以清晰看出，采用优化参数后，结构的响应得到了有效控制。

图 1. AHS 流程图。

图 2. 结构在临界地震记录下的位移图(CHICHI/TCU067_285) 来自非脉冲地震记录。

研究总结

本研究成功应用自适应和声搜索算法对TMDI系统进行了参数优化，结果表明优化后的TMDI能显著降低建筑在近断层地震作用下的位移响应。该算法通过动态调整搜索参数，展现出良好的全局寻优能力和对不同地震记录的适应性，为结构控制装置的优化设计提供了一种有效且实用的工具。研究同时指出，TMDI在非脉冲型地震下的减震效果优于脉冲型地震，这主要由于脉冲型地震的高周期特性可能偏离了基于结构周期优化的TMDI最优调谐周期。本研究成果为提升高层建筑的地震安全性和韧性提供了重要的理论依据和设计参考，验证了基于优化算法的TMDI设计在复杂地震荷载下的有效性。未来工作可探索混合优化方法以提升计算效率，并将此框架应用于不同类型、不同高度的建筑结构。

GeoHazards期刊介绍

主编：Prof. Dr. Zhong Lu, Roy M. Huffington Department of Earth Sciences, Southern Methodist University, Dallas, TX 75275, USA

Prof. Dr. Tiago Miguel Ferreira, Instituto Superior Técnico (IST), University of Lisbon, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisbon, Portugal

期刊发表范围涵地球物理/地质灾害、气候及气候变化相关灾害、气象灾害、水文灾害、块体运动灾害以及人为和技术灾害等研究领域。自2020年创刊以来，被ESCI、Scopus、GeoRef等多个权威数据库收录。