建筑结构地震反应的MR智能基础隔震控制

针对基础隔震局限于减小地震波高频成分对结构影响的缺点,将磁流变(MR)阻尼器与滚动隔震支座相结合形成MR智能基础隔震系统并应用到结构控制中.基于MR阻尼器的Sigmoid模型,进行模糊半主动控制策略设计.在不同种类不同强度的地震波作用下,对智能基础隔震控制下2层钢框架结构的反应进行了仿真分析.结果表明,MR智能基础隔震...     

磁流变阻尼器智能隔震振动台试验研究

采用MR阻尼器和改进的实时控制程序进行了振动台半主动控制试验。通过与基础固定、基础隔震结构进行对比,验证了该MR阻尼器在瞬时最优、模糊逻辑控制、位移限值控制算法以及零场控制和满场控制的效果,显示了相对于一般基础隔震的优越性。试验结果表明:智能隔震系统不仅能够大幅度减小隔震层的水平位移,有效地保护隔震层和隔震支座,上部结构层间位移反应和加速度反应也得到了有效的控制。采用MR阻尼器的智能隔震系统能够有效地改善隔震结构的性能,大大提高隔震建筑的安全可靠性。     

屋盖MR智能隔震系统对升船机地震反应的智能控制

升船结构很难采用常规的结构振动控制方法来抑制其顶部的地震反应,故提出利用MR智能阻尼器的屋盖MR智能隔震系统来减小升船结构顶部厂房的地震侧移反应和柱底的地震反应。MR智能阻尼器是利用磁流变液产生阻尼力的半主动控制装置,该装置具有机械构造简单,动力范围宽广,只需要较小的能量输入就能产生大的输出力,因此被证明能有效运用于土木工程结构来抵抗强烈地震和强风。本文阐述了MR阻尼器的力学性能,建立了屋盖MR智能隔震升船结构的控制方程,在此基础上实现MR模糊半主动控制。应用本文提出的方法对升船结构屋盖MR智能隔震系统进行仿真计算结果表明:模糊半主动控制使升船结构顶部层间位移和柱底弯矩均有明显的减小,能有效抑制升船结构顶部厂房的地震鞭梢效应。     

大坝升船机地震鞭梢效应智能控制的振动台试验

大坝升船机顶部厂房与底部塔柱结构之间的侧移刚度突变造成了顶部厂房强烈的地震鞭梢效应。针对此问题,本文进行了屋盖MR智能隔震系统对大坝升船机地震鞭梢效应智能控制的振动台试验研究。屋盖MR智能隔震系统由隔震垫、磁流变(MR)阻尼器及控制系统组成,安装在厂房的柱子顶部。首先采用修正的Bingham模型得到数据来训练神经网络以反映MR阻尼器的逆向动力特性,然后与模糊算法结合通过dSPACE实时控制系统得到阻尼器的最优控制信号。试验结果表明:模糊-神经控制方法能有效控制屋盖MR智能隔震系统,使得大坝升船机顶部厂房的鞭梢效应明显减小,排架柱顶位移减小了50%,隔震层相对位移减小了57%。     

基于滚轴支座基础智能隔震结构的非光滑主动控制

以滚轴支座基础隔震结构作为受控结构研究对象,在该隔震结构的隔震层施加主动控制装置,形成智能隔震体系,以控制隔震层的位移,提高结构的安全性.在智能隔震结构中引入非光滑控制算法,基于隔震层位移和速度反馈,提出了智能隔震结构的非光滑控制算法,进一步根据Lyapunov稳定理论,推导了在非光滑控制下智能控制闭环系统的全局有限时间稳定性.结合一栋六层滚轴支座基础隔震结构,进行了非光滑主动控制算法下和LQG主动控制算法下的地震响应控制仿真分析.结果表明,智能隔震结构可有效控制结构的位移,与被动隔震结构相比较上部结构的地震响应有一定程度的减小,同时提出的非光滑控制算法与LQG控制算法相比较具有更好的控制效果,相比LQG控制算法通过较少的反馈量即可实现反馈控制,且非光滑控制算法具有良好的稳定性.     

采用磁流变阻尼器的基础隔震结构性能研究

相关研究表明被动的基础隔震结构不能保证在任何地震作用下都是有效的。结合当前新型的磁流变阻尼器,提出了半主动控制系统与被动的基础隔震系统相结合的组合基础隔震系统,并在修正的clipped-optimal半主动控制算法基础上编制了相应的MATLAB程序。利用这一程序对一个8层结构进行了仿真分析,结果表明本文所提出的组合控制基础隔震系统比原来的被动基础隔震系统具有更好的控制性能。     

磁流变阻尼器在基础智能隔震建筑中的研究

针对橡胶隔震垫作为一种被动控制装置,存在最优控制范围窄的局限性。将磁流变阻尼器与橡胶隔震垫相结合,组成智能基础隔震系统应用于结构振动控制中,数值模拟分析了在地震力作用下原结构,普通隔震结构,隔震层附加MR阻尼器在Passive—off状态,Passive—on状态和磁流变阻尼器半主动智能状态下结构的反应。试验结果表明,结构在磁流变阻尼器半主动智能状态下控制效果最优,能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点,其相对一般被动隔震装置,能同时减小隔震层位移,上部结构层间位移和各层最大加速度。     

近断层地震作用下平面不规则基础隔震结构的倒塌模拟

分析了平面不规则基础隔震结构在近断层地震作用下的抗震性能,并对其进行了倒塌过程模拟.基础隔震结构目前在国内外都比较常见,其安全性也得到了广泛的关注.由于基础隔震结构的自振周期较长,所以近断层地震动对基础隔震结构的抗震性能有不利的影响.通过建立倒塌分析动力方程,使非线性仿真分析的解答精度得以保证,以此建立平面不规则基础隔震结构和非隔震结构模型,选择不同的近断层地震动作为输入进行非线性仿真分析.研究表明:近断层地震作用下平面不规则基础隔震结构的扭转效应相对于非隔震结构的扭转效应明显减小.同时,倒塌模拟表明,平面不规则的非隔震结构较基础隔震结构容易倒塌.     

基础隔震-ATMD混合控制结构的抗震分析

研究了顶层设置主动调谐质量阻尼器(ATMD)的基础隔震混合控制结构的抗震性能。首先,建立该混合控制结构的数学模型,其中应用双线性恢复力模型描述基础橡胶隔震垫的弹塑性特性,运用简单的加速度反馈算法计算ATMD的控制力。采用wilson-θ法求解运动微分方程。通过具体结构的地震动力时程反应分析,对该混合控制结构的抗震性能作出了评价。     

大平台多塔楼新型隔震体系的智能磁流变控制

本文将隔震技术应用到大平台多塔楼结构中,研究了这种新型隔震体系的抗震性能,并将磁流变(MR)阻尼器设置于隔震层,探讨了这种新型隔震体系智能磁流变控制的减震效果.文中以北京通惠家园某典型小区为研究对象,建立了大平台多塔楼新型隔震减震体系的运动方程,考虑了隔震支座的非线性.本研究中MR阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法,其主控制器采用H2/LQG方法来设计.仿真分析结果表明,这种新型隔震体系可以有效地减小上部住宅结构与下部平台的地震反应,为提高大平台多塔楼结构的抗震安全性提供了一条崭新的途径.采用MR阻尼器与这种新型隔震体系相结合可以进一步减小隔震结构下部平台的地震反应与隔震层的非线性反应,提高这种新型隔震体系的抗震安全性.     

自锚式悬索桥磁流变阻尼器减震控制研究

为了减小自锚式悬索桥的地震响应,基于桥梁结构地震动力方程及磁流变阻尼器力学模型,建立桥梁结构—磁流变阻尼器减震系统并将其程序化,对某主跨350 m的独塔自锚式悬索桥进行减震控制研究,讨论了磁流变阻尼器输入电流、数目及安装位置对减震效果的影响。研究结果表明:采用磁流变阻尼器能够有效地减小自锚式悬索桥的纵向地震响应;随安装在塔梁之间顺桥向的磁流变阻尼器输入电流的增大及数目的增加,塔顶和主梁的纵向位移逐渐减小,结构的内力响应也得到有效控制;将全部磁流变阻尼器安装在塔梁之间顺桥向时减震效果最佳。     

受剪承载力分配率对减震效果影响分析

通过对未安装阻尼器的纯框架结构和按不同的承载力分配率层层设置阻尼器的结构进行非线性地震反应分析,考察不同的承载力分配率条件下软钢阻尼器的减震效果。通过参数分析得到验证,存在使阻尼器的减震效果达到最佳状态的受剪承载力分配率,其值大约为0·4~0·6,同时也表明在较大的分配率范围内阻尼器均具有明显的减震效果。     

设置磁流变阻尼器的高层钢框架支撑体系的地震反应研究

磁流变(MR)阻尼器是一种性能十分优秀的减振装置,具有构造简单、调节驱动容易和反应迅速等优点,能有效减小工程结构的地震反应和风振反应,具有广阔的应用前景。本文研究了安装MR阻尼器的高层钢结构框架支撑体系的抗震性能。在介绍了MR阻尼器力学模型的基础上,推导了MR阻尼器-支撑框架系统的地震反应基本方程,并且采用了基于最优主动控制力的“开关-耗能”半主动控制策略对MR阻尼器实施控制。应用本文方法对一栋20层的高层钢结构进行了模拟计算,结果表明:安装了MR阻尼器的框架支撑体系的抗震性能明显优于纯框架支撑体系,是一种简单、方便和有效的减振系统。     

Seismic Control of Civil Structures Utilizing Semi–Active MR Braces

This paper presents the feasibility and effectiveness of magnetorheological (MR) braces in earthquake hazard mitigation. In doing so, a nondimensional variable, β, which is the ratio of the yield force of the MR damper to forcing input (the product of a characteristic mass of the building and the seismic acceleration) is used to design the MR damper preventing the locked damper motion that may worsen seismic response of the building. From this theoretical analysis, the activation gap of the damper as an important design parameter to prevent the locked damper motion is chosen. Based on this analysis, the MR damper is fabricated by modifying the commercial MR damper of Lord Corporation, SD–1000–1. Then, a three–story building with MR braces is constructed and its dynamic equation is theoretically derived. In order to investigate semi–active control methods to MR braces, three different control algorithms are formulated and evaluated both numerically and experimentally. The results show that control of the building with semi–actively controlled MR braces is very effective.     

砌体结构TMD减震体系非线性地震反应研究

根据随机振动理论推导了多层剪切型结构TMD减震系统的随机地震响应,分析了参数的变化对TMD减振系统减震效果的影响,从而优化了取得最佳减震效果所需要的关键参数.以砖砌体结构为研究对象,建立了用于非线性地震反应的三线型骨架曲线及其滞回规律,编制了非线性地震反应分析程序,计算了一幢六层砌体结构减震前和采用TMD减震后的地震反应,分析结果表明,在7度多遇烈度和7度基本烈度地震动作用下减震效果良好,在7度罕遇烈度地震动作用下,TMD系统应通过加强构造措施保证抗震性能.     

偏心结构自复位复合摩擦阻尼器平扭耦联震动控制振动台试验研究

研制开发了一种新型自复位形状记忆合金复合摩擦阻尼器（HSMAFD）,该新型阻尼器由超弹性形状记忆合金丝和摩擦装置复合而成,并通过模型试验研究了新型阻尼器在循环荷载作用下的力学性能。制作了一个三层两跨单向偏心钢框架缩尺模型,进行了新型阻尼器偏心结构平动及扭转耦联震动反应振动台试验。考虑了不同考虑场地条件对结构地震反应的影响,对比分析了无控结构和装有新型阻尼器有控结构的震动反应。研究结果表明,新型超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器对结构的平动及扭转角位移均有一定的控制效果,但场地条件对控制效果有较大的影响。     

JZ20-2NW平台结构的半主动控制研究

渤海JZ20-2NW单腿导管架式海洋平台是世界上第一个安装磁流变阻尼智能减振系统的新型平台。文章针对渤海JZ20-2NW平台结构的形式与特点,建立海洋平台磁流变半主动控制的数值仿真模型,进行冰荷载作用下的数值分析。     

Dynamic experimental study of viscous damper on Chinese traditional style structure with dual‐lintel‐column joint of steel and composite structures

In order to analyze the dynamic mechanical properties of viscous damper on the concrete Chinese traditional style structure with dual‐lintel‐column joints under seismic excitation, we designed 3 specimens for dynamic cyclic loading, including 2 specimens with viscous damper, which called controlled structure and 1 specimen without viscous damper called noncontrolled structure. The failure process and corresponding failure mode were obtained. The failure characteristics, skeleton curves, and mechanical behavior such as the load‐displacement hysteretic loops, degradation of strength and rigidity, ductility and energy dissipation of the joints and the load‐displacement hysteretic loops of viscous damper were analyzed. Results indicate that the hysteretic curve of viscous damper on the concrete Chinese traditional style structure with dual‐lintel‐column joints and viscous damper are plumper, and the structure has good ductility and capacity of energy dissipation. In the study, the concrete Chinese traditional style structure with dual‐lintel‐column joints and viscous damper can work together in conjunction. The load‐bearing capacity of the controlled structure is significantly higher than that of the noncontrolled structure; the performance of ductility and the ability of energy dissipation are superior to those of the noncontrolled structure. All experimental results reflect that the seismic performance of the controlled structure is significantly superior to that of the noncontrolled structure.     

摩擦阻尼器支撑刚度对结构耗能特征的影响

根据双板型摩擦阻尼器的结构特点,分析了该摩擦阻尼器的工作特性,建立了使用该摩擦阻尼器的结构动力方程,并从实际结构各层摩擦阻尼器的支撑刚度出发,计算讨论了由摩擦阻尼器支撑刚度与结构层间刚度关系的不同导致的摩擦阻尼器耗能特性的差异,由此得出摩擦阻尼器的支撑刚度与结构层间刚度之间的关系对结构响应的影响,探讨了摩擦阻尼器支撑刚度与结构层间刚度之间的关系对实际结构各层摩擦阻尼器滞回特性和地震时程响应的影响,提出如何改变摩擦阻尼器的支撑刚度以使各层摩擦阻尼器耗能特性最佳的解决方案。