结构半主动变阻尼控制的研究

作为经典范例之一,半主动变阻尼系统得到了广泛的应用,然而近来的研究显示仍需要对其控制性能重新认识。本文以谐波作用下支座激励的理论为出发点,讨论了粘性变阻尼控制系统可能成立的基本条件和适用范围。算例以一个设置在基础层的半主动变阻尼器控制系统为例,采用离复位控制策略进行了数值模拟,并得出了两个重要结论:(1)变阻尼控制系统只有在结构动力反应远离共振的情况下,才有可能同时取得位移峰值和加速度峰值的减小;(2)结构动力反应与控制效果的改善依赖地面运动特性,在一般情况下相比被动阻尼控制并不能明显提高控制效果,甚至有所不及。     

结构主动变刚度·阻尼控制系统及其优化设计

介绍了一种新型开关控制型的半主动控制系统——主动变刚度.阻尼(AVS.D)系统的装置组成及其减振控制机理,阐述了该系统所特有的反应放大原理,建立了该控制系统的运动方程。基于瞬时最优控制的思想推导了该控制系统的开关控制律。为了充分发挥该控制装置的作用,优化了主动变刚度.阻尼装置的参数设计,并基于遗传算法研究了主动变刚度.阻尼装置在结构中的空间位置优化方法。计算机仿真分析结果显示,主动变刚度.阻尼系统是一种性能非常优越的半主动控制系统,所推导的瞬时最优半主动开关控制律是很有效的。对不同数目的主动变刚度.阻尼装置进行位置优化,结果表明,所提出的位置优化方法对于优化多个主动变刚度.阻尼装置的位置是相当高效的,可以最大限度地发挥该控制系统的性能。     

耦联结构体系的半主动控制

基于变刚度和变阻尼的原理提出两种用于耦联结构体系的半主动控制装置,在建立这两种半主动控制时耦联结构振动控制体系的运动方程的同时,还提出一种新的广泛适用于一般开关控制型半主动控制系统的控制算法,推导出两种半主动控制的开关控制律,并对结构的动力参数对控制效果的影响规律进行研究。为检验所提出的两种半主动控制装置及新半主动控制算法的有效性,针对不同的算例进行了计算机仿真分析。结果表明,对两相邻结构进行控制是必要的和有效的,所提出的两种半主动控制装置与控制算法是非常有效的,可显著增强耦联结构体系的安全性与舒适性。与变刚度控制相比,变刚度变阻尼控制由于在装置中附加了阻尼,可以取得比变刚度控制更为有效的减震控制效果。     

结构半主动控制的新技术──主动变刚度/阻尼控制

本文首先介绍主动变刚度和主动变阻尼控制系统的研究进展情况,进而介绍基于这两种控制系统的有机结合的一种崭新的半主动控制技术一主动变刚度阻尼控制（AVSD）,指出了AVSD系统几个急需解决的问题,并展望这一控制技术的应用前复     

结构半主动控制研究中存在的若干问题

近年来,半主动控制系统在国内外受到了诸多关注,取得了很大的研究进展,但是仍然存在明显的不足之处。本文提出了半主动控制系统研究过程中有待解决的若干关键问题。首先综述了各种半主动控制装置和对应控制律设计的研究现状,然后分析了它们各自的优缺点。此外,也就足尺控制系统研发、控制律设计、控制装置优化和时滞补偿等半主动控制系统中的共性问题进行了分析,并给出了相应的建议。研究指出:常规变刚度控制系统抑制振动频带窄,并且不利于结构的加速度反应控制;粘性变阻尼控制与被动阻尼控制相比仅在结构远离共振时才有意义。     

结构变刚度/变阻尼控制若干问题的研究

尽管已有的研究证明,传统的半主动变刚度控制系统和变阻尼控制系统均可以有效地抑制结构在地震激励下的动力反应,然而最新的研究显示二者仍然存在明显的不足之处,需要进一步深入研究.本文首先就变刚度,变阻尼控制目前的研究现状分别进行了综合论述,然后重点探讨了二者各自存在的不足之处,并指出了值得关注的后续研究方向.     

基于可控阻尼的框架结构地震反应半主动控制分析

首先分析位移、速度和加速度联合反馈的线性最优主动控制策略,并由此设计最优控制力,然后分析了采用可控阻尼器实现的半主动控制策略。在半主动控制下对一栋设置磁流变(可控)阻尼器的10层框架结构进行地震响应分析,研究了楼层位移、层间位移角、楼层速度与楼层加速度等地震反应,并将其结果与主动控制的地震响应进行对比,表明半主动控制亦能得出较好的减震效果,并由此分析了磁流变阻尼器的阻尼系数时程曲线。结果表明,半主动控制效果可以接近主动控制效果,设置可控阻尼器的框架结构在半主动控制下能显著地降低结构的位移、速度和加速度。     

建筑结构半主动控制振动台试验研究

本文讨论了作者进行的建筑结构半主动振动控制试验,用以检验主动变刚度/阻尼(AVS/D)控制系统犤6犦及瞬时最优半主动控制方法的有效性与实用性。试验结果表明:对比于对应的被动控制方式,AVS/D半主动控制系统不但能有效地控制结构在地震作用下的位移和加速度响应,而且克服了其它半主动控制系统存在的负面控制影响,对不同地震激励具有很强的控制鲁棒性,而且实现简单、易行,从而为进一步深入研究与应用于工程实际提供了试验依据。     

半主动变阻尼结构的振动台试验研究

本文对新设计的一种新型磁流变阻尼器的力学性能进行了试验研究。通过试验,建立了阻尼器的力学模型。将阻尼器安装在一1:6三层钢框架结构模型上,进行了模拟地震振动台试验。试验中采用被动和半主动控制方法,输入不同的地震波,对结构进行了振动控制研究,了解半主动变阻尼结构的动力特性。振动台试验结果表明,在输入不同地震波时,被动控制的减振效果变化较大,而半主动控制对结构在不同地震波输入下均有较好的减振效果,另外,磁流变阻尼器在结构中的安装位置不同对结构的减振效果也有一定的影响。最后论文对比研究了被动控制结构和半主动控制结构动力反应试验结果及弹塑性分析结果,试验与计算结果符合较好。     

GPC和LQR算法在压电摩擦阻尼隔震结构中的应用

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成可控隔震系统,根据压电摩擦阻尼隔震系统的特性选择了线性二次型最优控制(LQR)和广义预测控制(GPC)作为整套隔震系统的控制算法,并将半主动控制算法作为控制输出策略;用时程分析法对结构的动力反应进行对比,验证了其隔振效果。结果表明:无论是多遇地震还是罕遇地震,这种隔震体系都可以大大降低结构的地震反应,其中各楼层加速度反应减小75%以上,层间位移减小70%~80%,结构的位移反应主要集中在隔震层;该控制算法大大降低了隔震层的位移,改善了控制效果。     

布置黏滞阻尼器的框架结构抗震性能分析

提出附设黏滞阻尼器的结构设计流程,以昆明某幼儿园工程为例,通过在结构上附设黏滞阻尼器,对比原结构和消能减震结构在地震作用下的最大层间位移角和最大层间位移,研究了高地震烈度区框架结构附设非线性黏滞阻尼器后的减震效果。结果表明:黏滞阻尼器对结构减震效果明显,合理布置黏滞阻尼器后,框架结构的抗震性能满足规范要求。研究为高地震烈度区附设黏滞阻尼器的框架结构抗震设计提供了参考。     

粘滞阻尼器连接的相邻隔震与非隔震建筑地震反应分析

针对隔震结构在地震作用下隔震层位移较大,可能会与相邻非隔震结构之间产生碰撞问题进行了分析,采用简化模型对隔震与相邻非隔震结构之间布置粘滞阻尼器的减震控制的工作机理进行了研究。建立了隔震与相邻非隔震结构之间布置粘滞阻尼器减震控制的数值仿真分析模型,研究了粘滞阻尼器的阻尼系数、布置位置以及隔震结构隔震层刚度对结构顶点位移的影响。结果表明:随着阻尼器阻尼系数和隔震结构隔震层刚度的增加,隔震结构顶层位移也随之增大,阻尼器布置位置越靠近隔震层,相邻非隔震结构顶层位移控制效果越明显。     

粘弹性阻尼器对新型巨型框架减振结构抗震性能的影响

本文阐述了粘弹性阻尼器的计算模型,对设置粘弹性阻尼器的钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的抗震性能进行了初步分析,研究结果表明,设置粘弹性阻尼器能够显著降低钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的地震反应,同时可以防止结构产生地震碰撞破坏。     

粘滞阻尼器在框架结构中的应用

消能减震技术比传统的抗震方法有较大的优势,其中粘滞阻尼器具有很好的减震效果,应用较为广泛;对某6层框架结构采用粘滞阻尼器进行消能减震设计,计算结果表明粘滞阻尼器对于控制结构层间位移角,基底剪力均有较好的效果。     

采用颗粒调谐质量阻尼器的钢框架结构振动台试验研究

通过附加和不附加颗粒调谐质量阻尼器的5层钢框架振动台试验,研究其在实际地震波以及上海人工波激励下的减震效果。通过调整不同悬挂长度（频率比）、质量比、颗粒到阻尼器壁净距等参数,分析阻尼器参数对其减震效果的影响。试验结果表明：不同地震作用下该类阻尼器均能达到较好的减震效果,其中上海人工波的减震效果最好;对于多层钢框架结构,阻尼器能够有效控制第1振型的振动,但是对于高阶振型的控制作用无法保证;当阻尼器频率与主体结构基频相同时,能够达到最优减震效果,而当二者频率不同时,依然有一定的减震效果,说明其具有一定的鲁棒性;在合适的质量比（0.66%）下,阻尼器能够达到最佳减震效果;当颗粒到容器内壁净距为1.6D~3.6D时,可使阻尼器响应最小,且减震效果较好。     

SMA复合摩擦阻尼器在网架结构中的减振效果分析

将SMA复合摩擦阻尼器用作空间网架结构的耗能减振装置,探讨了其在空间结构中的减振控制分析方法。介绍了SMA复合摩擦阻尼器的工作原理和理论模型,建立了网架结构减振控制的运动方程。地震作用下某网架结构减振控制的数值模拟结果表明,SMA复合摩擦阻尼器可有效降低结构地震响应,较之纯摩擦阻尼器和纯SMA阻尼器,减振效果更为优良。     

磁流体阻尼器半主动控制结构的地震反应分析

对磁流变阻尼器的性能及恢复力模型进行了介绍,并对其参数进行了设计,提出了基于经典线性最优控制算法和瞬时最优控制算法的半主动控制律.通过对一装有七个MR阻尼器的七层框架结构的地震反应分析表明,基于这两种控制算法的半主动控制律是非常有效的,并且该半主动控制方法能够有效地减小结构的地震反应.     

消能减震及软钢阻尼器的研究与应用综述

以单自由度体系为例,从结构的力学和能量角度对比分析了传统结构和装有附加耗能装置结构之间的区别,从而得出消能减震结构的原理;从耗能材料、耗能机理、受力形式等不同的角度对各类阻尼器进行了简单的汇总和分类;总结了国内外几种典型的软钢阻尼器,如X形阻尼器、三角形阻尼器、中空菱形阻尼器、圆形阻尼器等,并对这几种软钢阻尼器的提出、发展、优化、几何构造、减震原理等方面做了简要说明;针对目前利用阻尼器耗能的消能减震结构仍存在的很多亟待解决的问题,提出了阻尼器研究中有待解决的若干问题和今后阻尼器设计时可采取的一些建议。结果表明:消能减震结构比传统结构在同样的地震力作用下增加了阻尼器耗能,使原结构的塑性变形耗能和滞回耗能需求减少,从而减轻了主体结构的损伤程度;软钢阻尼器因其构造简单、力学性能稳定、造价相对低廉、耗能效果显著等优点,研究和应用最为普遍;阻尼器设计中应考虑合理设置阻尼器平面形状,设置多个耗能元件及耗能机制,利用新材料新技术减少焊接连接,建立更准确的本构关系以及更完备的指导规范。     

新型摩擦阻尼器的研究及其在建筑结构振动控制中的应用

探讨了一种新型耗能摩擦阻尼器的耗能原理及其在建筑结构振动控制中的应用。研究表明,该阻尼器除具有传统阻尼器的优点外,还克服了传统摩擦阻尼器只能提供恒定的摩擦力的缺点。同时,该阻尼器还可以利用振源信号进行反馈控制,因此增大了耗能能力,提高了减振效果。有限元仿真分析证明,该新型摩擦阻尼器应用在建筑结构上具有较好的减振效果。