高架桥梁地震响应模糊半主动控制

提出了使用MR阻尼器（Magnetorheological Damper）作为控制设备，以模糊集为基础的半主动控制算法，研究了8种模糊控制规则在高架桥梁地震响应中的控制效果。本文提出的模糊方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力和不需要结构的精确数学模型，算法需要的输入变量少，模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压，与LQR-clipped算法不同，MR阻尼器的输入电压可以是零与最大值之间的任意值。根据高架桥梁的结构特点，将典型的墩-支座-桥面结构简化为一个两自由度的线性系统，计算了El Centro地震激励下，MR模糊半主动控制的地震响应，并分别与没有控制及其他控制时的地震响应进行了对比，分析了各种控制算法的控制效果。研究结果表明，MR模糊半主动控制算法可以达到LQR-clipped半主动的控制效果，且模糊控制所需要的控制力较小，为有效地发挥MR阻尼器的功能提供了一种简单的半主动算法。     

工程结构地震响应模糊半主动控制

提出了使用MR阻尼器（Magnetorheological Damper）作为控制设备,模糊集为基础的半主动控制算法,并运用提出的算法对土木工程结构地震响应进行了振动控制分析.本文方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力和不需要结构的精确数学模型,算法需要的输入变量少,可以解决实际工程中结构响应信息难以测量的困难.模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压,控制器的计算非常简单且易于在工程中实现.本文以一个3层框架结构为算例,分析了本文算法与前人研究算法的异同.数值结果表明,本文提出的模糊半主动控制具有较高的效率,可以减小需要的控制力,充分使用了MR阻尼器的输入电压可以调节的功能,使MR阻尼器的功能得到了更好的发挥.     

巨子型有控结构体系中黏滞阻尼器参数研究

巨子型有控结构体系(Mega-sub Controlled Structure System,即MSCSS)是一种新型的超高层建筑结构体系.本文针对MSCSS的构造特点,提出一种安装黏滞阻尼器的新的布置方案,通过研究该布置方案中取不同黏滞阻尼器参数时巨子型有控结构体系在罕遇地震作用下的动力响应,提出了与该结构体系动力特...     

建筑结构地震响应半主动控制的遗传-模糊算法

本文针对建筑结构地震响应半主动控制问题,应用基于遗传算法优化模糊规则库的遗传—模糊控制方法,通过MR阻尼器实现减小建筑结构地震响应。将结构的位移和加速度响应峰值控制双重指标作为目标函数,运用遗传算法的基本操作得到一组优化的模糊推理规则。以结构位移、加速度、地震加速度信号作为输入量,以MR阻尼器所提供的控制力为输出量,分别构造单阻尼器和多阻尼器的模糊控制策略。以某3层和6层框架结构为例,分别对两种遗传—模糊控制算法进行数值仿真分析,并与LQR最优控制结果进行比较。数值分析结果表明,采用遗传—模糊算法能够有效地减小结构的地震响应。     

强震作用下超高层建筑结构MSCSS的响应特性研究

笔者根据超高层巨型建筑结构体系的构造特点,论述了将结构振动控制原理融入巨型结构本身构造之中的构造新结构体系的方法,并采用这一方法提出了巨子型有控结构体系MSCSS(Mega-sub controlled structural system),分析了MSCSS的构造原则及控制理论背景,研究了MSCSS在罕遇地震及超罕遇地震(加速度峰值达到1000g)时的结构响应控制特性、塑性铰发生规律及结构灾变情况。通过与巨型框架结构的灾变情况相比,表明了MSCSS抵御地震作用的高可靠性及良好的经济性,也表明了将结构振动控制原理融入结构自身的构造之中、通过结构自身的功能单元实现结构响应控制的方法是合适的,是研究超高层建筑结构新体系的有效途径之一。     

相邻结构地震反应MR阻尼器控制的仿真分析

本文仿真分析了应用磁流变(MR)阻尼器对相邻结构地震反应的控制效果,为进一步开展模型试验研究奠定了基础。建立了地震激励下相邻结构MR阻尼器控制系统的运动方程,提出了描述MR阻尼器阻尼力滞回特性的改进S igmoid模型,分别对应用开关控制、半主动控制以及最小或最大电流被动控制的四种控制方法的相邻结构地震反应的控制效果进行了仿真分析。结果表明,在相邻结构间连接安装MR阻尼器可以有效地控制相邻结构的地震反应,且开关控制方法和半主动控制方法的控制效果均好于两种被动控制方法,体现了MR阻尼器阻尼力可调的优点;在四种控制方法中,半主动控制方法的控制效果最好,体现了MR阻尼器阻尼力具有连续调节能力的优点;若能解决MR阻尼器的剩磁问题,半主动控制方法的控制效果会得到进一步的提高。     

高阶单步法控制MR智能隔震系统的试验研究

高阶单步法已成功地应用于结构非线性分析及考虑时滞的主动控制等，显示了它的稳定、精度高和计算迅速等特点。磁流变阻尼器是一种性能优良的智能阻尼器，它具有阻尼力可调范围宽、响应迅速且所需能量很少的特点。本文将磁流变（MR）阻尼器与普通橡胶隔震支座相结合，采用高阶单步算法和两种控制策略对结构进行振动控制。数值模拟分析与振动台试验结果表明：由MR阻尼器提供可调阻尼力的智能隔震控制系统能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点，对较宽频域范围不同大小的地震激励均能提供最优控制。同时也表明该控制算法是一种能用于结构实际控制的变阻尼有效算法。     

TMD基础隔震混合减震体系地震响应研究

针对基础隔震体系遭受强地震时隔震层位移较大问题,提出了将调谐质量阻尼器(TMD)与基础隔震技术联合应用,形成一种新型的混合减震体系,以此控制隔震层的位移,同时减小上部结构响应。以一栋七层基础隔震体系为仿真算例,分别分析地震激励下基础隔震结构、调谐质量阻尼器(TMD)设置于基础隔震结构底层和顶层的混合减震体系地震响应。仿真结果表明:附加调谐质量阻尼器(TMD)不但能够有效减小隔震层的地震响应,同时对上部结构的响应也有不同程度的减小;对于附加调谐质量阻尼器位于底层而言,质量调谐阻尼器(TMD)位于顶层能够更有效的减小基础隔震体系的地震响应。     

基于AFSMC算法的结构非线性振动MR控制与仿真分析

作为最近发展起来的高性能半主动控制装置,磁流变阻尼器通过改变磁场强度来调节控制力,可靠度高,体积小,出力大,并且具有Fail-Safe的特点,是一种具有广泛应用前景的新型结构控制装置。本文主要研究结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。首先采用我们提出的自适应模糊滑模控制(AFSMC)算法得到了结构非线性振动的主动控制力,然后参照主动控制力,提出和仿真实现了结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。最后,针对3层和20层benchm ark非线性模型,每层均设置一个磁流变阻尼器,对在给定的地震动下的结构响应进行了计算,分析了半主动控制跟踪主动控制的效果,并且对于半主动控制下的结构位移响应、加速度响应等各项指标也进行了对比分析。仿真结果表明,由于自适应模糊滑模控制算法与半主动控制算法相结合可以很好地实现结构非线性振动的半主动控制,所以能够得到令人满意的控制结果。     

近断层地震动作用下桥梁结构的组合隔震分析

为改善近断层地震动作用下隔震桥梁结构的抗震性能,基于Benchmark结构振动控制问题,研究附加黏滞阻尼器、磁流变(MR)阻尼器的组合隔震策略.非线性动力分析过程中,优化了黏滞阻尼器的阻尼系数和速度指数,并设计了分散模糊控制器来确定施加给磁流变阻尼器的电压.研究结果表明:采用黏滞阻尼器和磁流变阻尼器可提高隔震桥梁结构在...     

高架桥地震反应半主动控制分析

本文探讨了高架桥结构地震反应LQR(Linear Quadratic Regulator)半主动控制算法以及考虑刚度退化的桥墩非线性计算模型，并利用Matlab语言编制的程序对其进行了数值仿真计算。结果表明，将隔震技术与利用MR阻尼器的半主动控制技术相结合，能够有效地减小高架桥的地震反应；MR阻尼器的设置位置以及结构的参数对控制效果有较大影响。考虑桥墩非线性影响将能得到更为接近实际的计算结果。     

地震作用下非对称结构平动-扭转耦合振动的半主动控制

本文采用半主动控制方法对非对称结构在地震作用下的平动-扭转耦合振动控制进行了研究。首先建立了非对称结构的平动-扭转耦合振动方程和状态空间方程;然后以磁流变(MR)阻尼器为控制装置,结合线性二次型最优控制、最优控制算法和限幅控制策略,提出了基于MR阻尼器的半主动控制方法;最后对半主动控制方法对非对称结构地震反应的控制效果进行了计算分析。结果表明,半主动控制方法可以对非对称结构的水平位移、扭转位移和加速度反应都产生明显的控制效果,适当下调控制力需求时,不会导致控制效果的等比下降,降低MR阻尼器可调控制力上限后,可以减小阻尼器尺寸,便于其在工程实际中的应用。     

带裙房高层建筑地震反应控制振动台试验研究

2002年9月在香港理工大学成功地进行了带裙房高层建筑地震反应控制试验研究。设计和制作的结构模型是带3层裙房的12层高楼剪切模型,在裙房顶层与主楼之间安装单MR阻尼器形成MR阻尼器耦联结构模型。MR阻尼器采用美国LORD公司摩擦型MR阻尼器,并且选用其配套产品计算机电流控制器对其进行控制,控制系统采用德国dSPACE公司实时控制系统。对独立主楼、独立裙房和原结构模型的动力特性进行了辨识;对结构模型进行了El Centro地震动作用下的地震反应振动台试验;以作者提出的MR阻尼器半主动逻辑控制算法,对MR阻尼器耦联的结构模型进行了地震反应振动台试验。试验结果表明：用MR阻尼器耦联主楼与裙房,采用半主动逻辑控制方法进行控制,能有效抑制主楼的鞭梢效应并使主楼和裙房的地震反应减小。     

基于模糊控制的MR阻尼器在结构抗震中的应用研究

为了更加有效的减小受控结构在地震作用下的动力响应,采用在结构中安装磁流变阻尼器的方法,同时运用模糊控制器瞬时而准确的确定磁流变阻尼器控制电流,完成对结构的半主动控制。以磁流变阻尼器所在层在地震作用下的速度响应和结构顶层位移响应作为输入量,以控制电流为输出量,根据抗震规范和实际经验提出了合理的模糊规则。对一个3层钢筋混凝土结构进行了实例分析,并与被动控制结构和无控结构进行了对比,结果表明模糊控制对结构的位移响应和加速度响应,较之被动控制都有更好的控制效果。     

磁流变智能基础隔震系统研究

本文将磁流变(MR)阻尼器与普通橡胶隔震支座相结合,组成智能基础隔震系统应用到结构控制中。在详细介绍了系统的各部分与整体运行情况后,采用LQR经典线性最优控制算法对结构进行了振动台试验研究。试验结果表明,由MR阻尼器提供可调阻尼力的智能隔震控制系统,能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点,对较宽频域范围地震激励能进行有效的振动控制。其相对一般被动隔震装置,能同时减小上部结构加速度和隔震层位移.     

安装复合MR阻尼器的结构振动台试验研究

对不同控制策略下安装有复合MR(磁流变)阻尼器的模型结构进行了振动台试验研究.在El Centro地震动激励下,基于线性二次高斯(LQG)和广义预测(GP)两种控制算法,针对半主动控制系统、MR阻尼器以恒定电流(-0.5A(Passive-on 1)、0A(Passive-off)、2A(Passive-on 2)的控制系统,以及由半主动控制方式和基础隔震组合而成的混合控制系统,在WINCON/SIMULINK实时控制软件平台下对一个1:4的三层钢框架模型进行了地震模拟振动台试验.试验结果表明:基于复合MR阻尼器的控制系统是有效的,无论是被动控制、半主动控制还是混合控制,都显著降低了模型结构各层的加速度、位移响应;复合MR阻尼器在不通入电流时具有一定的被动控制效果;采用考虑时滞自补偿的广义预测控制效果要好于LQG控制,并且这两种控制策略的都能以较被动控制小的控制力达到较好的控制效果.     

带黏滞阻尼器SRC框支剪力墙结构消能减震分析

针对某型钢混凝土框支剪力墙高层建筑结构高宽比过大、竖向刚度不规则等问题,采用耗能减震技术,在转换层与避难层处设置黏滞阻尼器,采用ETABS进行非线性动力时程分析,研究黏滞阻尼器对型钢混凝土框支剪力墙结构的地震和风荷载控制作用,提高型钢混凝土转换构件的抗震性能。研究结果表明,在不同地震动作用下黏滞阻尼器均能有效地降低型钢混凝土框支剪力墙结构的地震响应,结构峰值位移和最大层间位移角的减幅分别介于3%～45%和2%～43%,而黏滞阻尼器耗散总输入能量比例最高达73.65%;在风荷载时程作用下,结构各控制楼层的峰值位移减幅介于1%～11%之间。     

ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房高层建筑结构地震反应的半主动控制

本文建立了用ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房高层建筑结构地震反应半主动控制的设计计算方法,文中,在导出ER／MR智能阻尼器力学模型的基础上,建立了ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房层建筑结构地震反应的基本方程,并根据瞬时最优主动控制的原则,提出了ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房高层建筑地震反应半主动控制的基于最优主动控制位移的“开关－耗能”半主动控制策略,应用本文方法对主楼20层,裙房5层的计算结构;受控地震反应的模拟计算结构表明,耦联主楼和裙房的半主动的ER／MR智能阻尼器可有效地抑制带裙房高层建筑结构地震反应的鞭梢效应,并可均匀地减小结构各层的震反应,是一种简单,方便和有效的智能控制装置。     

大跨度斜拉桥阻尼器参数分析

以某大跨度斜拉桥实际工程为依托,研究大跨度斜拉桥线性粘滞阻尼器参数的不同选取对该桥抗震性能的影响。通过线性动力时程分析对线性粘滞阻尼器在大跨度斜拉桥中阻尼系数C进行参数敏感性分析,并与该桥在未设置线性粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析。结果表明:斜拉桥纵向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;可以有效的控制大跨度斜拉桥纵向位移,但是在高频区,竖向位移放大约为23%;同时也改善了结构构件的地震力响应并为同类工程粘滞阻尼器应用中的参数研究提供参考。     

土-结构动力相互作用对结构控制的影响

本文研究了土-结构动力相互作用对采取不同控制措施的结构控制效果的影响。文中首先建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)、半主动磁流变阻尼器(MR)和被动多重调谐质量阻尼器(MTMD)等三种结构控制措施在时域中的控制算法和控制律，然后基于子结构法，采用间接边界元方法，通过傅里叶变换，推导了分别安装三种结构控制措施的受控结构在频域中的运动方程，数值仿真分析了某36层高层建筑的地震反应及其控制效果。结果表明，当采用ATMD或MTMD控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有所减小；当采用MR控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有很大程度的减小。由此看来，在设计软土地基上高层结构的结构控制措施时，不考虑土-结构动力相互作用对结构控制效果的影响是偏于安全的。