三类结构抗震控制措施控制效果的比较分析

天津大学建工学院张忠献等人通过对一受EL-Centro波激励的36层高层建筑结构实施主动控制、被动控制和半主动控制的数值仿真分析，比较了这三类结构抗震控制措施的控制效果。结果表明：主动控制效果最好，半主动控制效果次之，而被动控制效果最差；半主动控制虽比主动控制差一些，但其不需外界能源，控制可靠性高，易于在工程中实现。     

结构主动控制的两个准最优算法

本文提出了结构主动控制的两个准最优控制——阵维控制和状态重构控制的具体解法.对基于瞬时最优控制的这两个算法进行了仿真分析,且与瞬时最优控制进行了比较.     

不同控制策略下安装磁流变阻尼器的模型结构振动台试验与分析

本文对不同控制策略下安装有磁流变(MR)阻尼器的模型结构进行了振动台试验和分析。文中首先介绍了经典最优控制(COC)、瞬时最优控制(IOC)和线性二次高斯最优控制(LQG)等三种控制算法,然后对一首层安装有最近设计制造的MRF-04K型的MR阻尼器的、1/3比例的三层钢框架模型,进行了在两种被动控制和三种半主动控制等不同控制策略下的振动台试验,最后对模型结构地震反应的控制效果以及不同控制策略对控制效果的影响和控制稳定性进行了分析。研究表明,安装有MRF-04K阻尼器的结构控制系统具有良好的控制效果,无论是被动控制还是半主动控制,模型结构各层相对位移峰值均减小了45%左右,其均方根值均减小了70%左右,加速度反应峰值均减小了30%左右,其均方根值均减小了75%左右,从而验证了MRF-04K阻尼器是结构控制工程应用的一种理想的控制装置;研究还表明,在三种半主动控制策略中,基于LQG算法的半主动控制仅需模型结构的加速度反应的反馈信息,比基于IOC算法和COC算法的半主动控制     

工程结构振动控制研究综述

详细介绍了在土木工程抗震和抗风设计中具有广阔应用前景的结构振动控制方法,阐述被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四种方法的原理与应用研究概况,并说明了结构振动控制效果的影响因素。     

智能隔震结构能量响应初步分析及控制效率评判

本文采用能量响应的观点揭示被动和智能隔震体系的减震机理,评判采用三种不同控制算法时智能隔震结构的控制效果。采用解析手段,导出了被动和智能隔震体系的累积能量平衡方程和结构瞬时能量传递的定性关系,揭示智能隔震在抑制结构能量响应方面的优势。在对能量传递取得定性认识的基础上,选用几个主要的能量响应指标,对被动隔震与智能隔震的能量响应进行分析,并对比采用三种不同控制算法的智能隔震结构能量响应规律。文末选用本文作者承担设计过的一个实际隔震工程作为算例,分别比较了输入两种不同地震波和两种不同地震强度水准时各种算法的控制效果。结果表明,本文作者建立的序列最优控制算法能更有效地抑制能量响应,再次显示了该算法综合性能优于现有两种结构最优控制算法。     

应用MRF-04K阻尼器的大跨连续刚构桥地震反应的半主动控制

应用最近设计制作的MRF-0 4K型磁流变(MR)阻尼器对大跨连续刚构桥的地震反应实施半主动控制。首先建立了多支承不同步地震激励下大跨连续刚构桥的运动方程,并基于瞬时最优控制算法建立了大跨连续刚构桥地震反应控制的计算方法,数值仿真分析了某四跨预应力混凝土连续刚构桥在不同控制策略下地震反应的控制效果,结果表明当在该连续刚构桥的两端各安装5 0个MRF-0 4K阻尼器,中墩墩顶水平位移降低7 0.4%,中跨跨中竖向位移降低7 7.7%,边跨跨中竖向位移降低6 6.0%。最后得出结论:应用MRF-0 4K阻尼器能使多支承不同步地震激励下大跨连续刚构桥的地震反应得到有效的控制,主动控制效果明显地高于被动控制效果,且半主动控制能取得理想的控制效果,即使地震发生时半主动控制系统失效,同样可以取得理想的控制效果,从而为MRF-0 4K阻尼器的工程应用提供了理论依据。     

可变阻尼结构的非线性半主动控制算法

对于安装连续可调粘滞阻尼器的工程结构,直接以可变阻尼为控制量,则受控结构可由一双线性系统来表示,基于线性二次型(LQR)最优控制,该文提出了一种非线性半主动控制算法,该算法需要求解Lyapunov矩阵方程。以3层剪切型受控结构为例,探讨在不同的可变阻尼器最大粘滞阻尼系数与支撑刚度组合下,控制算法对结构地震响应的减震效果,并与控制器阻尼系数始终取为最大值的被动控制效果作了对比。     

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。     

磁流变阻尼器在建筑结构减振控制中的应用

建筑结构在外部激励下的振动控制一直以来是振动控制领域研究的热点。其中,半主动控制策略包含了被动控制和主动控制的优点,能更有效地提高建筑结构的抗震性能,减轻其在动力作用下的反应及损伤。基于磁流变阻尼器的半主动控制策略也有很大的发展,在实际工程中已有所应用。磁流变阻尼器的主要性能取决于磁流变液成分。综述国内外磁流变阻尼器的研究发展历程,及其在建筑结构减震控制中的应用,展望其在建筑结构减振控制应用中的发展趋势。     

行波输入下大跨斜拉桥减震控制分析

为了研究行波效应对斜拉桥减震控制效果的影响,以一座大跨斜拉桥为例,建立其有限元模型,计算分析其主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果,并计算了行波输入下斜拉桥的地震反应。半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果,但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大;不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果。考虑行波效应后,半主动控制对于该斜拉桥整体地震反应的控制效果优于始终提供最大阻尼力的被动控制;行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响,但对桥塔抗震有利,并且对三种控制方法的减震效果没有明显的不利影响。     

土木工程结构振动控制研究方法综述

介绍了结构振动控制的概念和目前已有的结构振动控制的方法,即被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制.介绍了各种控制方法的相关理论,提出了结构振动控制今后有待进一步研究的课题,并对其今后的发展趋势做了展望.     

Control of Structural Response Under Earthquake Excitation

Abstract: This study firstly proposes some representative simple methods to obtain the suboptimal passive damping and stiffness parameters from the optimal control gain matrix since it is not possible to add the exact optimal damping and stiffness parameters to the structure in practice. It is shown numerically that modifying the structural damping and the stiffness in the proposed suboptimal ways may suppress the uncontrolled vibrations while the performance levels depend on the seismic inputs. Since the proposed approach is intrinsically passive and has no adaptive property against changing dynamic effects, this study secondly proposes a new performance index so that the mechanical energy of the structure, control and the seismic energies are considered simultaneously in the minimization procedure. The implementation of the resulting closed‐loop control algorithm does not require both a priori knowledge of the seismic excitation and the solution of the nonlinear matrix Riccati equation. The performance of the proposed approach is investigated, e.g., structures subjected to three seismic inputs and compared to the performance of the uncontrolled, the classical linear optimal control, and the passive cases. It is shown by the numerical simulation results that the proposed algorithm is capable of suppressing the uncontrolled seismic structural displacements and the absolute accelerations simultaneously and performs almost as well as the classical linear optimal control in reducing the displacements with comparable control effort and performs better than the classical linear optimal control in reducing the absolute accelerations. The results show that while the proposed active approach has similar performance to the classical linear optimal control, the classical linear optimal control increases the absolute accelerations slightly compared to the proposed active approach in regulating displacements, while the proposed active approach regulates and reduces both displacements and absolute accelerations. The proposed approach is promising in protecting both the structural and non‐structural members from the seismic forces since a simultaneous reduction both in the displacements and the absolute accelerations is achieved.     

建筑结构地震响应的MR阻尼器PID半主动控制

根据建筑结构的特点进行了结构上的简化计算,并采用了磁流变（MR）阻尼器的Bingham模型及PID半主动控制算法对建筑结构地震响应进行了半主动控制分析研究,并且与结构被动控制的效果进行了对比,数值结果表明：在EI-centro地震激励作用下,被动控制和半主动控制对结构地震响应的水平位移与速度取得了不同的控制效果;对结构的位移及速度的控制效果,MR半主动控制均明显的优于被动控制。     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

Aseismic smart building isolation systems under multi-level earthquake excitations: Part I,conceptual design and nonlinear analysis

As a novel structural control strategy, tuned mass damper (TMD) inspired passive and semi-active smart building isolation systems are suggested to reduce structural response and thus mitigate structural damage due to earthquake excitations. The isolated structure’s upper stories can be utilized as a large scaled TMD, and the isolation layer, as a core design point, between the separated upper and lower stories entails the insertion of rubber bearings and (i) viscous dampers (passive) or (ii) resettable devices (semi-active). The seismic performance of the suggested isolation systems are investigated for 12-story reinforced concrete moment resisting frames modeled as “10+ 2” stories and “8+ 4” stories. Passive viscous damper or semi-active resettable devices are parametrically evaluated through the optimal design principle of a large mass ratio TMD. Statistical performance metrics are presented for 30 earthquake records from the three suites of the SAC project. Based on nonlinear structural models, including P-delta effects and modified Takeda hysteresis, the inelastic time history analyses are conducted to compute the seismic performances across a wide range of seismic hazard intensities. Results show that semi-active smart building isolation systems can effectively manage seismic response for multi-degree-of freedom (MDOF) systems across a broader range of ground motions in comparison to uncontrolled case and passive solution.     

Hybrid Control of Smart Structures Using a Novel Wavelet-Based Algorithm

Abstract:   A tuned liquid column damper (TLCD) system provides the same level of vibration suppression as a conventional tuned mass damper (TMD) system but with several advantages. A new hybrid control system is presented through judicious combination of a passive supplementary damping system with a semi-active TLCD system. The new model utilizes the advantages of both passive and semi-active control systems, thereby improving the overall performance, reliability, and operability of the control system during normal operations as well as a power or computer failure. The robust wavelet-hybrid feedback least mean square (LMS) control algorithm developed recently by the authors is used to find optimal values of the control parameters. The effectiveness and robustness of the proposed hybrid damper-TLCD system in reducing the vibrations under various seismic excitations are evaluated through numerical simulations performed for an eight-story frame using three different simulated earthquake ground accelerations. It is found that the new model is effective in significantly reducing the response of the structure under various seismic excitations.