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。     

模糊逻辑下的MR阻尼器减振控制研究

利用MATLAB Simulink模块对一MR阻尼模糊控制器下的三层钢结构建筑对地震荷载的响应进行了数值仿真。仿真结果表明,钢结构建筑物中采用MR阻尼模糊控制器能对结构的地震响应进行即时、有效和显著的强非线性半主动控制。因而其具有一定的工程应用价值。     

基于磁流变阻尼器的建筑结构地震响应模糊控制

为研究基于模糊控制器的磁流变阻尼器对建筑结构的减震效果,文中以磁流变阻尼器所在层的速度和位移响应为输入量,以电流为输出量,并提出了模糊规则。同时利用Simulink模块分析了磁流变阻尼器的减震效果,对比了在有无模糊控制器两种情况下结构的地震响应,并给出了基于Simulink模块的结构地震响应分析程序。结果表明模糊控制器控制下的MR阻尼器能够较好控制结构地震响应。     

基于磁流变阻尼器的建筑结构地震响应模糊控制

为研究基于模糊控制器的磁流变阻尼器对建筑结构的减震效果,文中以磁流变阻尼器所在层的速度和位移响应为输入量,以电流为输出量,并提出了模糊规则。同时利用Simulink模块分析了磁流变阻尼器的减震效果,对比了在有无模糊控制器两种情况下结构的地震响应,并给出了基于Simulink模块的结构地震响应分析程序。结果表明模糊控制器控制下的MR阻尼器能够较好控制结构地震响应。     

半主动调谐质量阻尼器对非线性结构的减震控制

传统调谐质量阻尼器(TMD)具有对频率调谐敏感和对宽频带地震下的消能减震性能不佳等缺陷。强震作用下,建筑结构会进入非线性阶段。为了保护建筑结构在强震下的安全性并提高被动TMD(PTMD)对非线性结构的减震作用,本文研究了一种能够同时变频率变阻尼的半主动TMD(STMD)及复合控制算法。该STMD既可通过基于小波变换(WT)的调频算法实时改变单摆的长度以调节自振频率,又可基于主结构和TMD的振动信号进行阻尼系数的开关调换。对一10层非线性建筑结构进行算例分析,研究了该STMD对结构在地震激励下的弹塑性响应的控制作用,并与一优化的PTMD进行了减震效果对比。数值模拟中,对地震激励进行了幅值的缩小及放大以考察其对STMD减震作用的影响。研究结果表明：STMD对该非线性结构的弹塑性震动响应具有良好的控制效果,能够减小结构的塑性发展及残余位移,并提高PTMD的耗能能力。STMD能够有效地减小结构的顶层位移和层间位移,控制性能优于PTMD。     

RBF神经网络在结构振动半主动控制中的应用

利用RBF神经网络对建筑结构地震反应进行预测，设计了加入MR阻尼器的RBF神经网络半主动控制系统，利用Matlab进行仿真分析，结果表明该控制方案能够有效减少建筑结构的地震反应，并且很好的发挥了MR阻尼器的可控性。     

MR阻尼器在空间网壳结构风振抑制中的控制策略影响规律研究

磁流变液(MR)阻尼器是一种新型智能材料抗风减振装置,它以适当方式和网壳结构结合,形成具有智能材料杆件的空间网壳结构,以达到抑制结构风振的目的。本文研究了控制策略对空间网壳结构的抗风减振效果的影响。研究表明,不同控制策略导致不同的减振效果。Passive-off控制策略的风振抑制效果较差,Passive-on控制策略对控制结构位移响应效果较好,但对控制速度和加速度效果不佳。半主动控制策略对控制结构的位移、速度和加速度响应均较理想。     

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     

SDOF-磁流变式调谐液柱阻尼器系统半主动控制试验研究

结合磁流变(MR)阻尼器与调谐液柱阻尼器(TLCD)特点,研制具有半主动控制性能的磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)。基于Bingham模型,设计旋转剪切式MR阻尼器;依据Langrage方程,建立带有阻尼比修正系数的MR-TLCD、MR-TLCD与单自由度(SDOF)结构耦合动力方程。从耗能受力角度,分析该系统的简单双态控制算法。制作SDOF结构与MR-TLCD系统的半主动控制试验装置,实现系统的简单双态控制的半主动控制试验。从SDOF结构的位移峰值、MR-TLCD峰值响应、结构时程曲线对比、MR-TLCD半主动控制实时阻尼力方面,分析半主动控制算法的实时试验效果。结果表明MR-TLCD半主动控制装置具有明显的减振效果,在简谐荷载作用下,结构位移峰值和加速度峰值减振百分比达45%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

城市隔震高架桥梁地震反应的半主动控制

研究应用磁流变(MR)阻尼器对隔震连续梁桥邻联相对位移的半主动控制,并采用离线优化与在线自调整相结合进行模糊控制(FLC)。以邻联最大相对位移最小化为目标函数,对基本模糊控制器的隶属函数、量化因子、比例因子进行离线遗传优化;对优化后的模糊控制器的量化因子和比例因子进行在线自调整;数值仿真分析一多跨隔震连续梁桥的简化四自由度体系的半主动控制,比较不同控制方案的控制效果。结果表明,将MR阻尼器安装在上部结构与桥墩之间对桥梁邻联相对位移的控制效果优于将其安装在邻联之间;半主动控制能同时有效控制邻联最大相对位移与支座变形;与普通模糊控制以及仅采用遗传优化的模糊控制相比,具有在线自调整功能的模糊控制具有更好的控制效果和鲁棒性。     

中国妇女活动中心酒店采用软钢和粘滞阻尼器减震控制分析

针对北京中国妇女活动中心酒店这一高烈度区特别不规则结构,研究了高层不规则结构减震理论,提出了采用软钢阻尼器和粘滞阻尼器两种消能减震装置,对该结构在无控和有控制后在地震作用下的动力响应和控制效果进行研究。文中,通过建立结构的力学模型,首先分析了结构的动力特性;然后,分别从能量、变形和力三个方面对比了无控结构及安装了软钢阻尼器和粘滞阻尼器的结构在多遇地震以及罕遇地震作用下的动力响应。结果表明:在较宽的地震波频带内,两种阻尼器对于控制这一不规则结构的扭转效应,提高该结构的整体抗震性能均有较好的减震效果。相对粘滞流体阻尼器而言,软钢阻尼器控制结构水平加速度效果较好;而粘滞流体阻尼器在控制结构水平位移性能稍好。     

空间结构磁流变阻尼器的半主动控制

磁流变液阻尼器是一种连续可调的智能材料阻尼器,可将磁流变阻尼器与空间结构杆件组合形成智能空间结构,具有良好的振动抑制作用,对结构节点的位移和速度都有很好的控制效果。以控制下顶点竖向最大位移和无控制下顶点竖向最大位移的比值作为控制效果评价标准,研究发现随着磁流变阻尼器最大阻尼力的增大,控制效果的增加越来越不明显。     

Seismic performance of benchmark highway bridge installed with piezoelectric friction dampers

Dynamic response of the benchmark highway bridge installed with semi-active piezoelectric friction dampers (PFDs) is investigated under six bidirectional earthquake ground motions. PFD utilises the response of the structure to develop control actions by adjusting frictional damping characteristics of the system. Conventional friction dampers abruptly fluctuate between stick-slip states. On the other hand, PFDs change the friction force continuously and smoothly. The study is based on the simplified lumped mass finite-element model of the 91/5 highway bridge, located in Southern California. The parameters affecting the performance of PFDs are gain factors, coefficient of friction and the preload on damper. Exhaustive studies are carried out to determine the most optimum values of these parameters. Eight dampers are installed at each deck-end and abutment junction (phase I). Additional four dampers are installed at the centre (phase II), at the junction of bent beam and piers of the bridge. In each case, the response of the bridge is compared with the corresponding uncontrolled case and that controlled by the alternate sample semi-active control strategy, using magnetorheological (MR) dampers. It is concluded that with the installation of PFDs, the seismic response of the bridge under near-fault motions can be controlled significantly. The PFDs are quite effective in reducing the peak response quantities of the bridge to a level comparable to or superior to that of the MR dampers.     

磁流变阻尼器对支座简谐运动下拉索参数振动的智能控制

以斜拉索为研究对象,忽略索桥之间的耦合作用,研究支座简谐运动下,磁流变阻尼器对拉索参数振动的智能半主动控制。首先建立斜拉索-阻尼器系统的三维运动方程,并采用有限差分法进行离散化。针对磁流变阻尼器的力学特点,提出简单适用的基于平衡逻辑算法的半主动控制策略,该控制策略的实现仅需测量阻尼器的位移和速度反应。重点考察支座简谐运动频率与拉索面内基本频率之比为2,1,2/3和1/2这4种工况。仿真分析表明,采用半主动控制策略,大多数情况下磁流变阻尼器能显著地降低拉索的面外位移,可以认为磁流变阻尼器能有效避免拉索平面外参数振动的发生;另一方面,仅在少数情况下磁流变阻尼器才对拉索的面内振动产生明显的减振效果。此外,提出的控制算法会导致拉索振动的混沌性。     

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。