双单体组合隔震结构考虑摆动的振动控制研究

组合隔震结构体系中,当基础隔震体上部结构层间刚度相对较小、垂直荷载较大,且其采用的叠层橡胶垫的橡胶总厚度较大时,隔震支座不仅会产生水平变形,同时也会产生竖向变形,导致上部结构产生摆动,而这种摆动可能对隔震体本身及联接体的振动控制产生影响.推导了组合隔震结构考虑摆动的振动及控制方程,分析研究了摆动对组合隔震结构的振动控制影响.研究结构表明:在组合隔震体系中,隔震体的摆动对隔震体本身及联接体的振动控制都有一定的影响.     

自复位摇晃式支座运用于建筑隔震之可行性研究

运用摇晃（Rocking）及滚动（Rolling）机制研发了一种新型隔震支座,称作自复位摇晃式隔震支座（Self-centering Rocking Bearing,简称SCRB）,根据该支座力与位移关系,建立了以其作为隔震组件之隔震建筑理论运动模型;并以其滚动曲面半径、高宽比（Aspect Ratio）及上部结构自振周期作为研究参数,对SCRB隔震结构受自由振动、简谐力、地震地表加速度扰动进行数值分析。结果显示,经适当设计之SCRB隔震结构不具固定振动周期,不会被特定之扰动频率锁定而引发共振;在受大地震时,能有效降低上部结构之加速度反应,亦能减少层间变位（Drift）,可用于建筑隔震。     

船舶上层建筑舱室振动灰色预测

基于灰色系统理论，以5618箱集装箱船为母型船，利用灰关联分析法．分别确定了影响船舶上层建筑甲板平均振动和各甲板舱室振动的主要因素，采用非等间隔GM（1，1）建模的方法，分别建立上层建筑甲板平均振动模型和各甲板舱室相对于甲板平均振动的差值的模型，通过将两个模型的预测值求和来得到最终的上层建筑舱室振动预测值。应用此模型对4100箱集装箱船上层建筑舱室振动进行了预测，预测结果显示：用灰色预测方法对复杂的船舶上层建筑舱室的振动进行预测是可行的，不仅能考虑多个因素的影响．而且具有要求的样本少、预测快、精度较高等优点．尤其是在船舶开发设计的初期，较其它方法具有明显的优越性。     

导管架式海洋平台结构的磁流变阻尼隔震控制

首先针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台结构，建立了应用磁流变阻尼器的智能隔震体系，并通过对导管架式海洋平台结构特点和磁流变阻尼器性能的分析，提出了磁流变限位型阻尼器被动控制、Passive off、Passive on和半主动四种控制方案。然后，分别在冰激振动和地震作用下，对平台隔震结构进行了数值仿真计算，分析比较了不同磁流变阻尼控制方案对平台隔震结构的控制效果以及对隔震层变形的限制作用。结果表明。磁流变阻尼隔震控制方案能有效控制导管架式平台结构的振动，平台结构位移和甲板加速度反应可降低30％以上，隔震层变形可控制在40mm左右的有限范围内。     

组合隔震结构的振动控制研究

提出了一种新的混合振动控制体系———组合隔震结构振动控制体系,推导了其振动及控制方程,并研究了其振动控制性能。研究结果表明:组合隔振结构振动控制体系能对结构地震响应进行有效控制。     

建筑打桩振动对环境影响的灰色预测

建筑打桩振动，其传播过程受地质结构及地面环境条件的制约，因素错综复杂。用一般的物理模型预测，其误差很大。本文利用灰色ＧＭ（１，１）模型进行预测计算，预测值与实验值基本相符。结果表明，ＧＭ（１，１）模型是预测未知因素较多的环境振动的一种有效工具，对环境振动的管理具有重要意义。     

附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究

层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。     

基于能量原理的隔震结构地震响应预测法研究

建立地震作用下隔震结构在最大地震响应时刻的能量平衡方程,给出隔震结构隔震层和非隔震层的弹性振动能、塑性能的表达式,推导出基于能量平衡的隔震结构地震响应预测式。以顶部隔震、层间隔震、基础隔震结构为仿真对象,利用时程分析法的数值解验证了地震响应预测式的准确性,比较研究了三种隔震结构的抗震性能。结果表明：对于不同的输入地震波...     

橡胶支座与柱串联体系的动力特性分析

针对工程界比较关注的橡胶隔震支座与柱串联的隔震体系,研究了串联隔震体系横向振动的固有频率,探讨了轴向压力和不同隔震支座等效弯曲刚度对串联隔震系统固有频率的影响。考虑横截面转动和剪切变形以及轴向压力的影响,建立了串联隔震系统横向自由振动的数学模型;采用微分求积单元法（DQEM）对所得控制方程和边界条件进行离散处理,避免了繁琐的偏微分方程求解;数值求解固支—自由边界条件下串联隔震体系的横向固有频率,并得到该系统横向固有频率参数随压力变化的曲线。数值结果表明：轴向力的增加将显著降低串联隔震系统的低阶固有频率;在总高度一定的情况下,隔震支座尺寸的增大对串联隔震体系的力学特性也有显著的影响。     

柔性桩隔震消能体系的振动控制研究

提出了柔性桩隔震消能主动控制体系,建立了体系的动力分析模型,推导了其振动和控制方程。以一典型的柔性桩隔震消能结构为例,分析研究了其隔震性能及控制效果以及各主要参数对控制效果的影响。研究结果表明:柔性桩隔震消能体系能有效减小结构的地震力响应;对柔性桩消能隔震体系施加主动控制,可以有效降低桩顶与套管壁之间碰撞的可能性,同时,结构上部竖向荷载、上部结构刚度及桩长等对结构的控制效果有显著的影响。     

隔震换能系统的换能效率及振动控制效果的研究

提出的隔震换能控制系统是由隔震层和换能装置构成的,该系统可以实现将地震时地面输给上部结构的部分能量转换为液压能,储存于蓄能器中,该能量可进一步用作主动控制能源。建立了该系统的理论分析模型,并对其换能效率和结构振动控制效果进行了深入研究,应用Matlab 的Simulink 对一个框架隔震换能结构体系实例进行了仿真计算。结果表明,该系统换能效率高,并且隔震层的阻尼越小,换能效率越高;地震输入强度对换能效率影响较大,当输入地震动加速度峰值较大时,换能效率可达70-80%;与普通隔震相比,采用隔震换能系统时,隔震效果接近,但隔震层位移可降低一半。     

考虑相邻建筑物碰撞的基础隔震结构的地震反应分析

基础隔震结构在强震作用下,隔震支座水平位移过大可能导致相邻建筑物发生碰撞。本文应用接触单元法的非线性Hertz-damp碰撞模型,推导了隔震结构考虑相邻建筑物碰撞的动力方程,研究了碰撞对隔震结构和非隔震结构的影响,并进行了参数分析。研究表明：碰撞对基础隔震结构的加速度反应有明显的放大效应,但隔震装置对上部结构仍然有一定的保护作用。     

耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析

为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。     

基于LMI的结构主动控制系统故障诊断与隔离设计

基于H∞鲁棒控制原理,提出了结构主动控制系统故障检测器的设计方法,形成了结构主动控制系统的故障诊断与隔离技术(fault detection and isolation,FDI)。首先根据H∞控制目标提出了FDI系统的模型,将故障信号的检测问题转化为一个鲁棒控制问题,应用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)算法解出H∞最优控制器,即故障检测器。通过一个三层框架结构的数值算例验证了设计的有效性。该研究工作为结构主动控制系统的健康检测提供了参考,为进一步进行容错控制的研究奠定了基础。     

带有补偿器的结构弱抖振滑移模态控制研究

基于地震激励下固定阶次补偿器对线性结构的控制研究,提出一种利用复合趋近律的新型变结构主动控制算法。相对于传统变结构控制算法,该方法能够通过使用二次线性最优控制理论,均衡控制力和控制效果;并为有限输出反馈控制器在控制系统中的实际应用提供系统的设计方法。该方法能确保系统的稳定,保证抖振效应足够小。最后,对一个主动支撑系统的多自由度剪切型建筑模型进行数值模拟,验证先前的假设并证明这种新型控制方法的有效性。     

Instantaneous optimal control with acceleration and velocity feedback

In the experimental demonstration of aseismic control systems, difficulties were encountered in the measurement of the displacement response of the structure. During earthquake ground motions, both the building and the ground are moving so that there is no absolute reference for the determination of the displacement response. An optimal control algorithm is proposed herein, which utilizes the measurements of acceleration and velocity responses rather than the displacement and velocity measurements. Such an optimal algorithm is developed based on the instantaneous optimal control theories, and it is evaluated and compared with other available optimal control laws. Numerical results indicate that the performance of the proposed optimal algorithm is as good as that of other optimal control laws currently available. However, the contribution of such an optimal control law to the practical implementation of active control systems for seismic hazard mitigations may be quite significant.     

On the effect of near-field excitations on the reliability-based performance and design of base-isolated structures

This work explores the effect of near-field excitations on the reliability-based performance and design of base-isolated systems. In particular base-isolated buildings under uncertain excitation are considered in this work. A probabilistic logic approach is adopted for considering the variability of future excitations. Isolation elements composed by rubber bearings are used in the present formulation. The non-linear behavior of the bearings is characterized by a biaxial hysteretic model which is calibrated with experimental data. The performance of the isolated system is defined in terms of the isolators deformations and the superstructure interstory drifts and absolute accelerations. First excursion probabilities are used as measures of system reliability. Two example problems involving large finite element building models are presented to illustrate the ideas set forth.     

输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别

发展一种输入未知条件下的自适应广义卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter with Unknown Inputs,AEKF-UI)方法,在线复合反演系统参数与未知输入,结合基于改进粒子群优化算法的自适应技术实现系统时变参数追踪,进而识别结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。建立基础隔震结构实验模型及理论模型,其中隔震层的非线性动力学特性通过Bouc-Wen模型描述。对基础隔震结构进行振动实验研究,采用刚度元件装置模拟时间、位置和程度不同的结构损伤,基于测得的加速度响应和AEKF-UI方法进行实时系统参数与未知输入的同步反演。研究结果表明:在两种典型地震波激励下,AEKF-UI方法得到的识别值与参考值相一致,验证了该方法在系统辨识中的有效性和准确性。     

结构随机振动混合控制整体优化

建立了与随机振动主动控制等价的随机振动混合控制系统方程,选取混合控制中主动外加能源指标函数最小为优化目标,实现了在物理空间的随机振动混合控制整体优化;在对结构模态参数灵敏度分析的基础上,给出了模态空间内实现混合控制整体优化的方法。对受零均值平稳白噪声激励的建筑结构实施混合控制整体优化方案,计算结果表明当被动控制部分合理设计时,主动控制部分所需外加能源指标将显著下降。     

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明：以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。