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。     

隔震换能系统换能效果试验研究

隔震换能系统是在隔震层安装了换能装置的隔震结构,该系统能够将地震传给结构的部分能量转换成液压能,并储存起来。对5层钢框架模型的隔震换能系统进行模拟地震振动台试验,研究换能装置的性能和隔震换能系统的换能效果和控制效果,为隔震换能系统的实际应用奠定基础。试验表明,换能装置的换能性能良好,出力可靠,耗能稳定,在控制效果接近普通橡胶垫隔震系统控制效果的前提下,换能效率达到了50%～80%。     

基于滚球隔震和换能控制的智能控制系统

提出了基于滚球隔震和换能控制的智能控制系统,在结构物的底层采用滚球隔震并实施换能控制,利用滚球隔震有效地降低了地震激励对上部结构的影响,同时发挥出换能控制的特点,限制隔震层的相对位移并改善控制效果。建立了该控制系统的数学模型,对换能控制装置进行了改进,实现了多级荷载的换能控制,采用遗传算法实施智能控制。通过仿真分析研究了该系统的特点和算法的有效性。     

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。     

主动基础隔震结构随机最优控制

本文建立了主动基础隔震结构地震反应控制的状态方程，利用随机控制理论，对该混合控制系统的主动控制装置和被动控制装置同时进行了优化设计，提出了随机最优混合控制算法。给出了这两种控制装置最优参数的表达式，最后用实例验证了这种算法。     

新型电流变智能隔震装置的结构隔震效果分析

将电流变智能阻尼器与叠层橡胶隔震垫相结合,形成新型电流变智能隔震装置,对结构进行智能隔震控制。首先,进行了新型电流变智能隔震装置的设计,推导了转动电流变阻尼器控制力的计算公式,提出了电场强度和装置剪切变形之间的函数关系,实现了拟限位型和拟摩擦型的隔震装置模型;然后,针对电流变智能隔震控制的特点,提出了摩擦控制的判别规则并给出了计算公式,编制了相应的程序;最后,对应用电流变智能隔震装置的单自由度结构进行了数值分析,结果表明:两种类型的隔震装置对结构都有较好的控制效果,限制了隔震层变形的同时不增加隔震层的加速度,控制效果比较理想。     

一种换能控制装置动力性能的试验研究

为了研究隔震换能控制装置的动力性能,对本文设计制作的一套原型装置进行试验研究,主要是讨论了隔震换能控制装置对控制信号的响应速度,从控制系统的瞬态响应指标考查装置的动力性能。通过阶跃信号和方波信号的响应分析得到,装置压力和出力的上升时间都在38ms左右,最大超调量在2-5%,并且装置具有很强的信号跟踪能力,反应快,稳态值平稳。试验研究表明,隔震换能控制装置具有反应迅速,出力可调,位移可调等特点,从根本要求上满足结构振动控制所需的出力大,位移大,反应快等要求。     

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。     

隔震结构基于灰色预测的振动最优控制

提出对隔震结构实施灰色预测即时控制，采用GM（1，1）模型，推导结构状态向量的灰色预测方程，结合线性二次型最优控制理论（LQR），设计了隔震结构的即时预测控制方案，并研究了其振动控制性能。研究结果表明：对隔震结构再实施主动控制具有控制力小且控制效果好；采用灰色预测控制能有效减小结构振动控制的时滞影响。     

中间隔震层位置变化对混合被动控制体系控制效果影响的试验研究

提出了一种分段隔震结构与相邻结构连接耗能的新型混合被动控制体系。与单一的减隔震体系相比,这种新体系将隔震与阻尼器耗能结合在一起,对不同频域地震动具有较强的鲁棒性。通过振动台试验输入不同频域的地震动,研究了分段隔震结构中间隔震层位置变化对隔震效果的影响。最后将有限元数值模拟与试验结果进行了对比。研究表明：长周期地震波对隔震结构的位移、加速度的影响相较于其他频域地震动更为显著,会使隔震支座超限的可能性增大;中间隔震层位于结构竖向靠中部位置时结构整体动力响应最小;混合被动控制体系可以有效解决高层减隔震结构目前所存在的位移超限、结构整体倾覆等问题,对不同频域地震波激励下的结构响应均有更为优越的控制效果。     

调速型TMD及其地震控制效果的数值模拟

提出一种调速型TMD,调速装置由冲量发生装置和离合装置组成.冲量由电磁铁和弹簧的组合体产生,离合装置采用磁流变阻尼器实现.在分析TMD工作原理的基础上,制订了半主动TMD的速度调整策略,并编制了相应的程序.以单自由度结构的地震响应控制为例,采用数值模拟的方法分析了调速型TMD的地震控制效果,结果表明:不同的地震波对被动TMD的控制效果有很大的影响,而调速型TMD在常见地震波的作用下,控制效果都明显好于被动TMD;并且在结构屈服引起TMD失调的情况下,调速型TMD也可以明显减小结构的地震响应.提出的调速型TMD原理清晰,算法简单,装置易于实现;与主动控制相比所需能量很少.     

压电摩擦阻尼隔震结构地震响应及控制分析

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成智能隔震系统，并将其应用于一实例当中，以LQR控制算法作为此套系统的控制算法。应用MATLAB语言编制时程分析程序进行模拟地震情况下上部结构的反应，并与非隔震结构及被动隔震结构进行了对比，验证了这套隔震系统的隔震效果。通过分析，文中提出的这套隔震系统能够大大减小地震作用对结构的破坏，在减小层间位移的同时，大大的减小上部结构的最大加速度，同时由于其阻尼力可调的特性，使得这套系统无论是常遇地震还是罕遇地震都能发挥很好的控震效果。     

基于智能阻尼器的大跨度斜拉桥多支承激励地震振动控制

以磁流变阻尼器作为控制装置,采用Clipped-Optimal控制算法,分析Benchmark斜拉桥在受到多点地震激励下的半主动控制效果;分析了同一主动控制系统在控制斜拉桥分别受到一致激励和多点激励情况下的控制效果,并与半主动控制效果进行了比较。由于磁流变液阻尼器为可控制耗能装置,并不增加受控体系的机械能,在本质上可以保证控制系统的稳定性。数值分析表明:该半主动控制策略可以取得与主动控制相当的控制效果,甚至在某些方面还超过主动控制系统,因此,磁流变阻尼器可以有效地控制受到多点激励的大跨度斜拉桥地震振动。     

非对称非线性质量阻尼器试验研究及鲁棒性分析

提出一种新型控制装置——非对称非线性能量阱(非对称NES),以解决调谐质量阻尼器(TMD)对主体结构频率敏感和非线性能量阱(NES)对能量输入敏感的问题。非对称NES以一型NES为基础,将非线性弹簧拉离初始位置,加入线性弹簧与之平衡,所得恢复力具有线性和非线性的综合特点。在某缩尺3层钢框架结构上附加非对称NES进行试验,在脉冲型荷载作用下分析两类受控主体结构的结构响应。并使用经试验验证的数值模型,在某6层主体结构上分别附加非对称NES、TMD和一型NES进行数值研究,对比脉冲型荷载和地震作用下的结构响应。分析结果表明,非对称NES控制性能优越,兼备频率鲁棒性和能量鲁棒性,在输入能量和主体结构频率改变时均展现出良好的控制效果。     

叠层橡胶支座与抗风支座组合隔震反应分析

为研究隔震层增设抗风支座对处于风压较大地区的隔震结构减震效果的影响,以某实际隔震工程为背景, 设定结构水平向减震系数分别小于0.53和0.40的目标,建立有(无)设置抗风支座的两种隔震结构模型,采用时程分析法对比结构在地震作用下的响应。结果表明,相较于抗震结构,两种隔震结构地震响应都有显著的降低;无抗风支座隔震方案增加了LRB数量,满足抗风设计要求,但降低了减震效果;而有抗风支座隔震方案,减少了LRB的数量,提高了减震效果。在正常使用条件和小震作用下,抗风支座参与工作,隔震层不屈服;当结构遭遇中震作用时,抗风支座能屈服并破坏,退出工作,不影响上部结构的减震效果。