高层抗震结构造价的改进控制模型研究——基于一恢复重建高层的实例分析

采用WSR模型分析建筑工程抗震结构造价控制问题时,存在造价控制效果差的弊端。通过设计的高层建筑工程抗震结构造价控制模型构建造价控制的递阶层次结构,获取高层建筑工程造价控制的多种方案,从多种方案中通过三标度法和权重向量法获取造价控制的最优方案;另外采用质量量化QoS调度方法进行高层建筑工程造价效益控制约束均衡设计,以获取最优方案中高层建筑工程抗震结构造价控制的结果。实验结果表明,所设计模型可有效分析高层建筑的质量化特征,可改进控制高层抗震结构工程造价,预估消耗成本可控制在1.8万元以下,且分析耗时均值为0.15 h,具有节省成本和效率快的优势,控制效果较好。     

飞机航电设备的半主动磁流变控制

本文提出一种新的航电设备减振控制策略,采用半主动磁流变阻尼器与小阻尼柔性橡胶支座来取代目前采用高阻尼刚性橡胶支座的方法,以降低对航电设备的耐振要求,增强飞机飞行的安全性。本文建立了航电设备减振控制的两自由度刚体平-扭耦联模型,荷载激励考虑了基底平动与转动加速度。磁流变阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法,主控制器为H2/LQG控制器,并采用一种加速度反馈的控制策略。针对目前的被动控制方案,本文研究了支座阻尼对减振控制效果的影响。为了得到最优的半主动控制效果,本文对控制器的权矩阵进行了参数优化分析。文中针对一系列工况详细比较了本文所提出的半主动控制策略与目前被动控制策略的减振控制效果。仿真分析结果表明,磁流变阻尼器可以非常有效地减小航电设备的动力反应,新的减振控制策略远优于现有的被动控制方案。     

地震道非线性反演的参数反馈控制及效果

基于非线性动力学,阐明地震道广义线性反演系统的动力学性质,并以微分动力系统理论分析了反演的数值计算过程及结果．应用混沌控制理论对反演数值计算中的非线性发散进行了讨论,并给出了一种新的控制方案,数值模型实验表明此控制方案对反演中出现的非线性发散能够进行有效控制,反演结果与理论模型完全吻合．在此基础上对大庆某地的地震剖面进行处理,取得了一定的效果．     

空间网架结构的振动控制研究

简要评述了适用于空间结构的振动控制方法,研究了隔振技术应用于网架结构的可能性,结合某升船机工程,提出了机房整体网架结构方案及其抗振与抗风控制措施。     

变阻尼半主动结构控制振动台试验

在一个１：４的五层模型刚架结构上进行了变阻尼半主动结构控制振动台试验．在结构的底层安装了一个溢流阀式变阻尼控制器,输入几种不同的地震动并采用几种不同的控制算法对结构进行了变阻尼半主动控制。振动台试验结果表明,受阻尼半主动结构控制仅需要很少的电能,就可以达到较好的控制效果,是一种很有应用前景的结构振动控制方案。结合溢流阀式变阻尼控制器的特点,分析了一些因素对控制效果的影响．     

基于磁流变阻尼器与弹性基础隔震耦合建筑的地震响应分析

为了减少地震时相邻建筑间相互撞击造成严重的结构损坏,运用Lyapunov法作为控制算法进行稳定性分析和控制器设计,对半主动控制以及两种混合控制方案性能进行了对比分析,经过研究发现,混合控制策略在缓解地震响应方面比半主动控制更有效。选取适当的混合控制能够减少支座位移,从而有效防止冲击。另外,通过参数学习发现增加隔震阻尼和强度会导致基础剪力增加和支座位移减小,选择适当的参数值,能够保证响应限定在一定范围内。     

变阻尼半主动结构振动台试验

在一个1：4的五层模型刚架结构上进行了变阻尼半主动结构控制振动台试验,在结构的底层安装了一个溢流阀式变阻尼控制器,输入几种不同的地震动并采用几种不同的控制算法对结构进行了变阻尼半主动控制,振动台试验结果表明,变阻尼半主动结构控制仅需要很少的电能,就可以达到较好的控制效果,是一种很有效的前景的结构振动控制方案,结合溢流阀式变阻尼控制器的特点,分析了一些因素对控制效果的影响。     

两个控制装置的模拟地震振动台试验研究

本文作者设计制造了一种高效被动阻尼控制（HEDC）装置和一种半主动控制装置－主动变刚度,阻尼（AVS．D）控制装置,并对其控制机理和控制效果进行了模拟地震振动台试验研究,试验结果表明,HEDC控制效果是令人满意的,而AVS．D控制则可以获得更好的效果,尽管它仅需很少的能量输入,试验结果表明,在AVS．D控制中,装置的电磁阀处于开启状态工作的时间较长,即在大部分时间里AVS．D控制系统是通过阻尼而不足刚度来控制受控结构,这在一定程度上降低了控制时滞的影响。     

主动结构振动控制算法综述

系统介绍了结构振动主动控制常用的七种算法,包手龙典线最优控制,极点地,时最优控制,狡模态控制,Ｈ∞状态反馈控制,滑动模态控制及最优多项式控制。     

土建结构振动控制研究进展

介绍了结构控制研究的任务,主要的减振装置,结构的主动控制和被动控制,结构的开环和闭环控制及其相应的算法;对土建结构控制研究的进展进行了综述,并列举了土建结构振动控制工程应用实例;对土建控制研究的内容,研究方法和研究队伍等提出了建议。     

Discrete‐time variable structure control of seismically excited building structures

Generally, the active structural control system belongs to the discrete‐time control system, and the sampling period is one of the most important factors that would directly affect the performance of the control system. In this paper, active control approaches by using the discrete‐time variable structure control theory are studied for reducing the dynamic responses of seismically excited building structures. Based on the discrete reaching law method, a feedback controller which includes the sampling period is presented. The controller is extended by introducing the saturated control method to avoid the adverse effect when the actuators are saturated due to unexpected extreme earthquakes. The simulation results are obtained for a single‐degree‐of‐freedom (SDOF) system and a MDOF shear building equipped with active brace system (ABS) under seismic excitations. It is found that the discrete variable structure control approach and its saturated control method presented in this paper are quite effective. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

隔震换能结构体系的能量分析

将换能器安装在隔震结构的隔震层处,由结构和换能装置构成隔震换能结构体系,它既可以将地震输入给结构的部分能量转换成液压能,实现地震能量的转换,又能减小隔震层的水平位移,降低对隔震层的技术要求,降低造价。本文详细研究地震输给隔震换能结构体系的能量在体系各部分的分配,并与普通隔震结构对比,从能量的角度揭示隔震换能体系的换能控制原理。     

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。     

地震作用下参数不确定系统的变结构控制

本文对结构参数具有有确定性的变结构控制系统设计方法进行了研究。首先采用摄动方法给出了结构参数具有确定性的控制系统的运动方程,证明了基于层间剪切模型的参数不确定受控系统与其标称系统具有相同的滑动模态,从而解决了系统切换函数的确定问题,并利用到达条件推导了控制律的表示式。算例分析结果表明,本文的控制方法能有效地减小结构的地震响应,对于结构系统建模存在误差或系统本身存在学确定性的情况,控制效果仍十分显著     

大底盘多塔楼结构的混合隔震控制

结合某实际工程,针对大底盘多塔楼结构提出混合隔震的控制策略,即对大底盘上的一栋或多栋塔楼采用隔震技术,并在隔震层附设一定数量的被动、主动或半主动的减震控制装置。建立了这种大底盘多塔楼结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中各塔楼与下部结构及隔震层之间的刚度解耦,并考虑了隔震层的非线性。研究中比较了被动非线性粘滞阻尼器,半主动变孔隙阻尼器与理想主动控制时的减震控制效果。结果表明,这种混合隔震体系可以有效地减小上部塔楼与下部结构的地震反应,提高大底盘多塔楼结构的抗震安全性,取得明显的经济和社会效益。半主动变孔隙阻尼器可以极好地追踪理想主动控制力,取得与理想主动控制相近的减震控制效果。被动非线性粘滞阻尼器也能取得较好的减震效果,且易于维护,经济性较好,从工程应用的角度来看更为现实可行,具有较好的应用推广价值。     

高科技厂房精密仪器工作平台的微振混合控制

车辆运行过程中引起的竖向地面微幅振动是影响高科技厂房精密仪器正常运行的重要因素。本文采用隔振与主动控制相结合的混合控制系统,以高科技厂房及精密仪器工作平台的有限元动力方程为基础,采用子优化控制方法建立了高科技厂房及精密仪器工作平台的分析模型,探讨了车辆运行所引起的高科技厂房精密仪器工作平台竖向微幅振动的混合控制分析方法。一座典型的三层高科技厂房的算例分析表明,采用混合控制方法能够有效地减小高科技厂房精密仪器工作平台的竖向微幅振动。     

Market‐based control of linear structural systems

To limit the response of structures during external disturbances such as strong winds or large seismic events, structural control systems can be used. In the structural engineering field, attention has been shifted from active control to semi‐active control systems. Unlike active control system devices, semi‐active devices are compact, have efficient power consumption characteristics and are less expensive. As a result, an environment of a large number of actuators and sensors will result, rendering a complex large‐scale dynamic system. Such a system is best controlled by a decentralized approach such as market‐based control (MBC). In MBC, the system is modelled as a market place of buyers and sellers that leads to an efficient allocation of control power. The resulting MBC solution is shown to be locally Pareto optimal. This novel control approach is applied to three linear structural systems ranging from a one‐storey structure to a 20‐storey structure, all controlled by semi‐active hydraulic dampers. It is shown that MBC is competitive in the reduction of structural responses during large seismic loadings as compared to the centralized control approach of the linear quadratic regulation controller. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

Theoretical and experimental research on a new system of semi-active structural control with variable stiffness and damping

In this paper, a new system of semi active structural control with active variable stiffness and damping (AVSD) is suggested. This new system amplifies the structural displacement to dissipate more energy, and in turn, effectively reduces the structural response in the case of relatively small story drifts, which occur during earthquakes. A predictive instantaneous optimal control algorithm is established for a SDOF structure equipped with an AVSD system Comparative shaking table tests of a 1/4 scale single story structural model with a full scale control device have been conducted. From the experimental and analytical results, it is shown that when compared to structures without control or with the active variable stiffness control alone, the suggested system exhibits higher efficiency in controlling the structural response, requires less energy input, operates with higher reliability, and can be manufactured at a lower cost and used in a wider range of engineering applications.     

Active interaction control of civil structures. Part 1: SDOF systems

This paper presents a family of semi‐active control algorithms termed as active interaction control (AIC) used for seismic response control of civil structures. AIC control algorithms include active interface damping (AID), optimal connection strategy (OCS) and tuned interaction damping (TID). A typical SDOF AIC system consists of a primary structure, an auxiliary structure and an interaction element. The auxiliary structure typically has stiffness comparable to that of the primary structure while its natural frequency is much higher than that of the primary structure. Interactions between the primary and the auxiliary structures are defined by specific AIC control logic such that vibrational energy is extracted from the primary structure into the auxiliary structure during a locking phase and dissipated in the auxiliary structure in the subsequent unlocking phase. The stability of AIC control algorithms is shown using the Lyapunov direct method. The efficacy of AIC control algorithms is demonstrated by the results of numerical simulations of SDOF systems subjected to seismic ground motions. Practical issues such as sampling period and time delay are also investigated in this study. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Recent advances in structural control research and applications in China mainland

Abstrect The recent developments of theoretical research, model tests and engineering applications of structural control in mainland China are reviewed in this paper. It includes seismic isolation, passive energy dissipation, active and semi-active control, smart materials and smart structural systems. It can be seen that passive control methods, such as seismic isolation and energy dissipation methods, have developed into the mature stage in China. At the same time, great progress has been made in active and semi-active control, and smart actuators or smart dampers and smart structural systems. Finally, some future research initiatives for structural control in civil engineering are suggested. Supported by : National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50025821)