基于H∞理论的磁流变阻尼器半主动容错控制

建筑结构的半主动控制系统中的传感器,在强震作用下可能因出现故障而影响控制效果。以磁流变阻尼器为例,研究半主动容错控制系统的设计方法。首先,研究了基于状态观测器的半主动H∞控制器设计方法,并将之应用到建筑结构采用磁流变阻尼器的减振控制中;运用改进Bouc-Wen模型,计算磁流变阻尼器的阻尼力,通过求解一个代数Riccati方程和一个状态观测方程,得出了基于状态观测器的H∞主动控制律;再对其采用Clipped-optimal方法实施半主动控制策略。然后,针对传感器故障,利用观测器组的输出残差对故障进行在线诊断,并通过几个观测器状态值的比较得到故障的大小,并据此对传感器的测量值进行修正,从而消除故障对闭环系统的影响,最终实现半主动H∞容错控制。仿真结果表明,该方法具有很好的容错控制效果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

大跨斜拉桥的近断层地震响应及减震控制

近断层地震长周期成分丰富,存在速度大脉冲效应;而大跨度斜拉桥一般采用半漂浮体系或漂浮体系,所以固有频率较低。为了研究大跨度斜拉桥在近断层地震作用下的反应规律及减震措施,利用ANSYS软件分析了某半漂浮体系的大跨斜拉桥在近断层地震作用下的时程响应,并对其减震控制方法进行了探讨。研究表明,大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而增大,且增大幅度较大,近场脉冲效应较为显著;对于近断层地震作用,不建议采用塔梁弹性连接装置作为主梁纵漂的减震措施,而采用参数适宜的铅挤压阻尼器和粘滞阻尼器则均能获得很好的减震效果;由于大跨度斜拉桥的近断层地震反应较大,应提高其支座的设计允许位移。     

随机地震激励下相邻隔震结构被动控制研究

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参数与结构随机响应的关系及其对控制效果的影响,并分别从地震响应时程和振动累计能量时程角度研究了相应地多自由度相邻隔震结构复合被动控制体系,在不同优化准则及不同控制方案下,结构体系的减震控制效果。研究结果表明,相邻隔震结构复合被动控制体系,可以获得较好的减震控制效果,阻尼系数在减震控制中起主要作用,但存在最优取值,并不是越大越好;采用以左、右子结构振动总能量最小为优化准则,在顶层+中间层安装控制装置的控制方案,可以有效地减小相邻结构的地震响应,得到的控制效果较好。     

近场地震作用下框架结构的损伤机理

首先讨论了近场地面运动的特征及各种抗震规范对近场地震的设防，然后采用非线性时程分析方法，对一个10层框架结构在近场地震作用下的响应特性进行了研究。同时对该框架结构进行了Pushover分析，通过与非线性时程分析结果进行对比，说明Pushover分析方法不能正确评估结构在近场地震作用下的抗震性能。     

汶川地震典型民居震害特征分析

汶川"5.12"Ms8.0级特大地震造成了巨大的经济损失和人员伤亡。大量的民居房屋遭到了破坏。针对汶川地震灾区典型民居结构——砖混结构和底框架结构,通过震害描述介绍了其破坏形式,并按构件从基础到屋面依次分析了震害特征及结构破坏机理。最后对民居房屋建筑的建设提出了设计与施工方面的建议。     

不同地震烈度下结构破坏过程仿真

为了更好地研究地震烈度对结构破坏的影响及震害规律,运用LS-DYNA软件对Ⅷ度区和Ⅸ度区的底层框架砌体结构进行了由损伤至倒塌破坏的全过程的模拟,研究结果表明:在罕遇地震烈度情况下,Ⅸ度区的结构要比Ⅷ度区的结构出现破坏的时间早,并且要比Ⅷ度区的破坏严重。对比时程分析的结果,位移要滞后于加速度,但地震过程中结构的动力反应趋势大致相同。该成果反应了不同烈度下结构的地震反应特征,仿真结果和真实倒塌过程吻合较好。