高速公路跨线桥地震反应的智能磁流变控制

探讨了高速公路跨线桥智能磁流变控制的效果，并与主动控制、磁流变（MR）阻尼器的passive-off控制及passive-on控制时的减震控制效果进行了系统的比较分析。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，并基于原系统的降阶模型来设计MR阻尼器的最优控制力。仿真分析结果表明，采用MR阻尼器对高速公路跨线桥进行控制，可以有效地减小结构的动力反应，明显改善其抗震安全性。MR阻尼器在passive-off控制及passive-on控制时等效为被动摩擦阻尼器，其控制效果与适用范围均有限；MR阻尼器的半主动控制力可以出色地追踪主动控制力时程，其控制效果与主动控制时非常接近，因此可以作为主动控制的替代方案。     

半主动控制装置在受控结构中的优化布置

利用阻尼器进行振动控制的方法可以有效减小结构体系在地震作用下的振动反应,这种振动控制的效果不仅取决于阻尼器出力大小和控制算法的优化,也取决于阻尼器在高层结构中的布置位置。目前,对于阻尼器的位置优化的研究大多局限于被动控制,而对于主动及半主动控制装置研究则较少。本文提出了一种基于改进遗传算法和等效二次型性能指标的阻尼器位置优化方法,并应用到磁流变液阻尼器半主动控制系统中。最后,通过一8层剪切框架算例验证了本文提出的阻尼器的优化布置方法是简单准确而有效的。     

地震作用下建筑物内重要设备半主动减震控制

为了有效地减小重要设备在地震荷载作用下的动力反应，提出了使用磁流变阻尼器进行半主动控制。首先分析了减震器的本构模型，建立了主体结构的动力方程，以设备的相对位移和相对加速度作为控制变量，提出了相应的半主动跟踪控制算法。数值分析表明，安装磁流变阻尼器的设备的加速度和相对位移显著减小，因而能保证重要设备的正常使用。     

基于H_∞范数的调液阻尼器在减震控制中的参数优化

基于H∞范数,提出了偏心结构利用调液阻尼器减震控制的一种新的优化设计方法。该方法将优化目标取为从地震动到结构响应的传递函数的H∞范数,利用调液柱型阻尼器(Tuned Liquid Column Dampers,简称TLCD)和环形调液阻尼器(Circular Tuned Liquid Column Dampers,简称CTLCD)来控制偏心结构在多维地震作用下的扭转耦联振动,采用遗传算法来对阻尼器的相关参数进行优化。这种优化方法无需求解结构运动方程,所得到的阻尼器最优参数也不依赖于特定的地震动。用一个12层的偏心结构作为算例进行优化计算,结果表明,利用本文提出的优化方法所得到的阻尼器最优参数,在不同场地条件下,对偏心结构的扭转耦联振动均具有明显的减震效果。     

磁流变阻尼器的桥梁振动控制

利用磁流变阻尼器对结构振动进行控制是一种非常有前途的新技术。将锚索和磁流变阻尼器结合起来，提出了一种新的桥梁振动控制形式，并给出了算例分析结果。分析表明：应用本方法可以对桥梁的振动进行有效的控制。     

采用神经网络半主动TLCD对海洋固定式平台的振动控制

本项工作为研究半主动调液柱型阻尼器(TLCD)对固定或海洋平台的减振控制方法。首先建立TLCD-平台结构系统在地震和波浪作用下的运动方程,给出了半主动控制策略,即不断地调整TLCD的开孔率,使其能对平台结构达到最优的减振效果。由于TLCD中液体运动具有较强的非线性,用神经网络实时调节TLCD的开孔率,并通过数值算例验证了该方法的有效性。     

考虑耦合地震作用的底层柔性结构体系振动控制

为了减小底层柔性结构的地震反应,防止结构因底层位移过大而倒塌,提出了一种底层柔性结构减震控制体系,在柔性底层安装磁流变阻尼器对其实施半主动控制。考虑到竖向地震的不利影响,建立了结构在双向耦合地震作用下的动力分析模型和振动控制方程,采用LQR控制算法对结构进行地震反应分析。研究表明,在无控情况下,结构的位移主要集中在底部柔性层;实施半主动控制后,结构的底层位移、顶层位移、各层加速度和倾覆力矩均明显减小,其中底层位移减小60%以上。在耦合地震作用下结构的地震反应比单纯水平地震作用下有所增加,以倾覆力矩的增加最明显,因此在高烈度地区应该考虑竖向地震对结构的影响。层间刚度比对结构的控制效果也会产生较大的影响,结构层间刚度比的确定应该在底层位移、顶层加速度和倾覆力矩之间权衡考虑。考虑土与结构相互作用会使结构的控制效果降低。     

基于SMA-压电阻尼器的巨-子结构智能控制

针对巨-子结构体系,提出在巨-子结构间设置柔性隔震层,并增设一种SMA-压电复合智能阻尼器,形成巨-子结构智能控制体系,可有效改善巨-子结构的抗震安全性。介绍了SMA-压电阻尼器的工作原理与力学模型,建立了巨-子结构体系智能控制体系的分析模型,在此基础上构建了巨-子结构智能控制体系的运动方程。基于限界Hrovat最优控制算法和H2/LQG算法设计了巨-子结构智能控制体系的半主动控制器,进行了Simulink控制效果仿真分析,并与传统抗震,被动隔震,SMA-压电阻尼器的Passive-on、Passive-off控制和理论最优的主动隔震控制策略进行了系统的对比研究。仿真分析结果表明,SMA-压电阻尼器实施智能隔震控制时可兼顾主结构与子结构的控制效果,其控制效果与主动控制时接近,远优于被动控制策略。所提出的巨-子结构智能控制体系可望应用于实际工程中,并取得较好的经济和社会效益。     

基于极点配置的汽温控制系统优化

针对史密斯预估器在模型失配时其控制效果变差的缺陷,本文设计了一种基于极点配置的状态观测器构建的汽温控制系统模型。该模型通过极点配置的方法,使多个常系数一阶惯性环节构造的状态观测器逼近被控对象,观测器的输出经 PD(比例-微分)控制器可以超前反馈到系统中,以克服滞后环节和系统不确定性的影响,其中微分作用,可以消除系统的动态偏差。同时,结合带有滞后环节的二阶被控对象对该优化模型进行仿真验证。仿真结果表明:该方法构建的汽温控制系统具有较好的动态性能和控制品质,为消除滞后环节对汽温控制系统的影响提供了一种有效途径。     

单跨简支梁竖向振动的磁悬浮半主动控制

由于传统的隔振器需要足够的竖向刚度来支撑上部结构,因而不能隔离竖向振动。为了解决这一问题,本文提出一种新的隔振策略,即磁浮式半主动控制方法,并将这一方法应用于弹性梁弯曲振动的半主动控制。将均质弹性梁简化为一带集中质量的简支梁,导出了控制系统的运动方程,讨论了系统在平衡点的稳定性,应用推广的Runge-Kutta方法,得到了系统在随机地面输入下的加速度响应。结果表明:杆件的初始悬浮位置是磁浮式半主动控制系统的平衡点,且平衡点是L稳定的;磁浮式半主动隔振系统具有类似于软弹簧的性质,与普通的弹性简支梁相比,磁浮式半主动振动控制系统的振动频率较低,加速度响应明显减小,系统具有良好的竖向隔振性能。     

采用磁流变阻尼器的地震结构模糊控制

以磁流变阻尼器所在层的层间位移和层速度响应为输入变量，以控制电流为输出变量，根据抗震规范和实际经验提出了模糊控制器的合理的设计方法。对一个3层钢筋混凝土结构进行了实例分析，结果表明，模糊控制无论是对于位移响应还是加速度响应都有较好的控制效果。     

双调谐质量阻尼器参数分析及简化设计方法

双调谐质量阻尼器参数较多,迄今其设计方法、有效性和鲁棒性的研究仍不完善。针对双调谐质量阻尼器的设计方法进行了研究,推导了双调谐质量阻尼器-单自由度结构体系的位移响应放大系数,基于min.(max.DDMF)最优化目标函数,系统地分析了阻尼器参数对受控结构位移响应放大系数控制效果的影响规律;在此基础上,给出了一种双调谐质量阻尼器(DTMD)的简化设计方法,并通过仿真分析对该简化设计方法的有效性进行了评价。结果表明,基于受控结构-DTMD系统参数研究提出的简化设计方法可为DTMD的实际应用提供理论指导;依据简化设计方法设计的双调谐质量阻尼器可有效降低受控结构的动力响应,且控制效果的鲁棒性明显优于单调谐质量阻尼器(TMD)。     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

高架桥梁的地震碰撞和落梁分析及其控制

高架桥梁是城市交通网络的连接枢纽,在国内外历次大地震下高架桥梁都遭受了严重破坏。本文针对高架桥梁在地震作用下的碰撞和落梁,阐述了一维纵向碰撞以及扭转碰撞分析中所涉及的相关问题,并针对高架桥梁碰撞的磁流变阻尼器(MR)半主动控制以及采用形状记忆合金(SMA)限位器的落梁控制进行了研究。     

分布式多重调谐冲击阻尼器减震控制研究∗

为提高颗粒阻尼器对高层结构多模态控制性能,将颗粒阻尼技术与多重调谐质量阻尼器(MTMD)结合,提出了多重调谐冲击阻尼器(MTID),基于一个 20 层非线性 Benchmark 结构验证了多目标优化设计的 MTID 相对于单个调谐冲击阻尼器(STMD)的减震优越性,并研究了采用不同布置准则的分布式 MTID 的减震性能。结果表明：优化设计的 MTID 在减小主体结构的动力响应、非线性变形和塑性损伤等方面均具有更优异的控制性能;基于主体结构的模态特性确定 MTID 系统中 TID 的安装位置非常有效,将各个 TID 均安装于振型幅值最大的楼层可获得最优的振动控制性能。     

悬臂梁振动无线控制的时间延迟补偿研究

结构振动的无线控制具有广阔的应用前景,但其中的时间延迟显著降低了控制性能,是目前急需解决的问题。针对工程中普遍应用的典型结构——压电悬臂梁结构,设计了基于WiFi的无线传感器,搭建了一套无线传输传感和控制信号的无线控制系统,实现了悬臂梁振动的无线控制;采用基于有限差分和变量代换的时间延迟补偿方法,构造了时间延迟状态,对系统的状态方程进行了适当的扩展。仿真结果表明,该方法可以有效补偿无线控制中的时间延迟,显著改善无线控制的性能,甚至可以达到有线控制的效果。     

等效力控制方法及其在混合试验中的应用

对于大型复杂结构的实时(拟动力)子结构试验,更适宜用无条件稳定的逐步积分方法。隐式逐步积分方法通常是无条件稳定的,然而需要复杂耗时的迭代求解非线性方法。为了避免迭代过程,等效力控制方法用反馈控制求解非线性方程,使隐式逐步积分方法在实时子结构试验中的应用成为可能。本文首先以平均加速度法为例介绍等效力控制方法的原理、关键参数的选取;然后介绍基于等效力控制的能量守恒子结构试验方法和隐式中点法;最后介绍这些方法在以防屈曲支撑阻尼器为试件的单自由度简化结构、以磁流变阻尼器为试件的海洋平台结构的实时子结构试验,以及装配式钢筋混凝土剪力墙结构和框支配筋砌块短肢剪力墙结构拟动力试验中的应用。研究结果表明:这三种等效力控制方法都具有很好的精度,等效力控制方法相对于中心差分法具有更好的稳定性。     

基于功率法的结构⁃TMD减震控制分析∗

建立了结构-TMD振动方程,推导了无控结构和带TMD受控结构基于功率表达的运动方程,分别解释并给出了各种功率表达参数的物理意义,推导了随机激励下结构耗能功率流均值的随机表达式,对比分析了基于功率法的结构-TMD优化方法与其他优化方法的优化分析结果,并对其减震控制效果进行了对比分析。结果表明,结构-TMD系统的参数可以通过耗能功率流随机分析方法所得均值进行优化,且通过功率法优化后,结构在减震效果上优于其他传统方法得到的结果,从耗能功率均值的随机分析和时程功率分析角度证明了TMD控制的有效性;TMD做功功率为负时对结构有控制效果,起吸收转移能量的作用,且功率幅值越大控制效果越好,做功功率为正时则相反。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

结构抗震控制的动态仿真分析方法研究

介绍了结构抗震控制的仿真分析方法:将设置阻尼器的结构看作一受控系统,运用状态空间方法描述受控结构的运动微分方程,采用MATLAB中的SIMULINK工具箱进行动态仿真,得到整个受控结构在地震作用下的动态反应。文末给出了仿真分析算例,其分析结果表明采用SIMULINK能够有效、准确地分析设置非线性阻尼器的结构在地震作用下的动力响应。