半主动磁流变阻尼控制结构的地震反应分析

本文对磁流变阻尼器的性能及恢复力模型进行了介绍,并对其参数进行了设计,提出了基于现代最优控制理论的半主动控制方法．计算实例分析结果表明,采用磁流变阻尼器对结构进行半主动控制能够有效地减小结构的地震反应．     

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。     

被动及半主动摩擦阻尼器对合肥翡翠电视塔地震反应的控制

摩擦阻尼器是一种构造简单的耗能减振装置,已应用于国内外多座新建建筑的抗震设计和已建建筑的抗震加固．半主动磨擦阻尼器则通过调整阻尼器的起滑力来改善被动摩擦阻尼器的耗能减振性能。本文研究了被动及半主动摩擦阻尼器对于高耸塔架结构地震反应的减振效果。为满足摩擦阻尼器对高耸塔架结构风振控制的特殊需要,本文建立了合肥电视塔的空间桁架有限元模型和串联多自由度体系模型,并在形成控制力变换矩阵和计算摩擦阻尼器两端的相对位移的过程中综合地运用了这两种力学模型。在半主动摩擦阻尼器的控制策略方面,本文提出了一种基于次优控制理论的半主动控制策略．本文研究表明,摩擦阻尼器可以抑制高耸塔架结构的地震反应．而半主动摩擦阻尼辞的耗能减振效果明显优于被动摩擦阻尼器．     

相邻建筑结构的模糊振动控制

本文研究了相邻建筑结构的模糊控制问题。首先,介绍相邻建筑结构体系的特点,建立体系的力学模型及运动方程;然后,进行了半主动控制研究,提出了控制的方法;最后,利用模糊控制方法实现了结构的智能控制。通过以上研究,说明相邻建筑结构相互振动控制是十分有效的,所得出的结论对实际工程的应用具有指导意义。     

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。     

磁流变阻尼器的半主动控制及实时混合模拟试验研究

磁流变阻尼器作为一种比较典型的半主动控制元件,具有构造简单、响应速度快、耐久性好、阻尼力大且连续可调等优点。即使地震中能源中断,磁流变阻尼器仍可以作为被动耗能装置继续工作发挥作用,可靠性高。设计合理有效的磁流变阻尼器半主动控制方法,对于整体结构的减震效果尤其重要。提出一种改进的磁流变阻尼器的半主动控制策略-改进的Bang-Bang控制策略,对装有磁流变阻尼器的减震控制3层框架结构进行了一系列的实时混合模拟试验,对多种半主动控制方法下的振动控制效果进行试验分析。试验结果表明:磁流变阻尼器对框架结构的减震效果显著,并验证了提出的磁流变阻尼器半主动控制策略的有效性。     

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。     

磁流变调谐液柱阻尼器半主动地震反应控制研究

结构的半主动控制装置是国际上研究的一个热点.磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是一种新型的减振驱动器.文中提出了抑制结构水平振动的MR-TLCD模型,建立了MR-TLCD与结构相互作用的运动方程.在经典线性最优控制(COC)和瞬时最优控制(IOC)算法的基础上,研究了Clipped-optimal半主动控制策略的减振效果,并与被动控制的减振效果进行了对比.结果表明:磁流变式调谐液柱阻尼器的半主动控制能够有效地减小结构的地震反应,且优于被动控制.     

被动及半主动摩擦阻尼器对合肥悲翠电视塔地震反应的 …

摩擦阻尼器是一种构造的耗能减振装置,已应用于国内外多座新建建筑的抗震设计和已建建筑的抗震加固。半主动摩擦阻尼器则通过调整阻尼器的起滑力来改善被动摩擦阻尼器的耗能减振性能。本文研究了被动及半主动摩擦阻尼器对于高耸塔架结构地震反应的减振效果。为满足摩擦阻尼器对高耸塔架结构风振控制的特殊需要,本文建立了合肥电视塔的空间桁架有限元模型和串联多自由度体系模型,并在形成控制力变换矩阵和计算摩擦阻尼器两端的相对     

结构磁流变阻尼半主动控制的改进算法与仿真分析

基于线性二次型最优控制理论,结合磁流变阻尼器装置的出力特点,提出了结构磁流变阻尼半主动控制的两种改进算法：以速度负反馈渐进逼近主动最优的界限滑动半主动控制算法和基于结构响应状态组合反馈的界限开关半主动控制算法。首先给出了采用磁流变阻尼器装置控制结构振动的系统框图,然后结合一个三层Benchmark模型,仿真分析其在多种地震输入工况下,LQR、磁流变阻尼两种半自动和两种被动控制下的控制效果,最后给出了Benchmark评价指标。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90％以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器（MRD）的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc—Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值（VDV）的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

ER智能材料在结构振动控制中的应用

ＥＲ智能材料是一种可控流体,它能在电场的作用下可从牛顿流体变为剪切屈服应力较高的粘塑性体,且这种转变连续,可逆,迅速,因此,可用它来制作可调阻尼器,实现对工程结构风振和地震反应半主动控制,本文在简要地介绍了ＥＲ智能材料电流变效应的基本原理和影响因素之后,建立了适用于土木工程结构控制用的二种类型的ＥＲ可调阻尼器的工作原理和力学模型,并在介绍了ＥＲ可控阻尼器对工程结构风振和地震反应半主动控制的实施原则     

Experimental and analytical study on pounding reduction of base‐isolated highway bridges using MR dampers

Pounding between adjacent superstructures has been a major cause of highway bridge damage in the past several earthquakes. This paper presents an experimental and analytical study on pounding reduction of highway bridges subjected to earthquake ground motions by using magnetorheological (MR) dampers. An analytical model, which incorporates structural pounding and MR dampers, is developed. A series of shaking table tests on a 1:20 scaled base‐isolated bridge model are performed to investigate the effects of pounding between adjacent superstructures on the dynamics of the structures. Based on the test results, the parameters of the linear and the nonlinear viscoelastic impact models are identified. Performance of the semiactive system for reducing structural pounding is also investigated experimentally, in which the MR dampers are used in conjunction with the proposed control strategy, to verify the effectiveness of the MR dampers. Structural responses are also simulated by using the established analytical model and compared with the shaking table test results. The results show that pounding between adjacent superstructures of the highway bridge significantly increases the structural acceleration responses. For the base‐isolated bridge model considered here, the semiactive control system with MR dampers effectively precludes pounding. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

土木工程结构鲁棒控制的发展

评述了结构控制的发展,指出发展结构鲁棒控制策略的重要性。重点评述了结构双重调谐质量阻尼器(DTMD)和多重双重调谐质量阻尼器(MDTMD)的控制策略,提出了需进一步发展主动双重调谐质量阻尼器(ADTMD)和主动多重双重调谐质量阻尼器(AMDTMD)控制策略、此外,评述了结构鲁棒控制的设计准则与高层建筑和大跨桥梁在风与地震作用下的统一自适应主动鲁棒控制策略。     

减震结构中的粘弹性阻尼器参数优化

研究了粘弹性阻尼器在结构减震控制中的参数优化问题。从性价比的角度提出r优化目标函数,建立了阻尼器的参数优化模型。以一单层框架为例,分别选用非线性规划中的复形法和通过调用MATLAB程序优化工具箱中Fmincon函数（简称Fmincon函数法）两种方法,编制丁相应的优化分析程序,对粘弹性阻尼器在单层框架结构减震控制中的参数优化进行丁分析。研究结果表明,两种优化算法都达到了预期的目标,实现了目标函数最小化。     

磁流变变阻尼半主动控制结构的仿真分析

由于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。用于结构振动控制的磁流变阻尼器属于速度相关型变阻尼半主动控制器，已有的一些算法，或因计算时间过长不能用于实际控制，或因需要事先经过学习训练，控制效果取决于训练学习的情况。因此，本文将高阶单步法应用于磁流变变阻尼半主动控制系统，采用开关控制和连续控制两种控制率对磁流变液的剪切强度进行调节。仿真计算表明，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.     

台湾某钢框架大楼采用阻尼器补强结构减震效果评析

阻尼器是一种效果良好的减震装置,将阻尼器安装于结构中能够适时为结构体系提供阻尼力,从而减小地震作用对结构的破坏。黏滞阻尼器对振动的反应比较敏感,在结构受到较小振动时就可以发挥其减震效果,其阻尼力会随着振动周期和使用状态温度的不同而变化。当地震发生时,安装在结构中的阻尼器会消减地震作用,降低传导到主结构体系的地震能量,减小结构相对位移。本文介绍了黏滞阻尼器的工作原理和安装有黏滞阻尼器的结构体系的阻尼比的计算方法,对减震结构的减震效果的评析方法做出探讨,并以一安装有黏滞阻尼器的台湾某既有钢框架结构为例,分析了(1)该结构在遭受地震作用时的地震反应;(2)该结构体系在不同地震作用水平时的阻尼比,包括主体结构阻尼比和黏滞阻尼器阻尼比;(3)结构安装黏滞阻尼器后的减震效果。实例对本文的减震评析方法和减震效果进行了说明和分析,计算及分析结果表明利用黏滞阻尼器加固既有结构能够取得较好的减震效果,本文所提减震效果评析方法是一种实用有效的评析方法,对类似工程的减震评析具有一定的参考价值。     

The role of viscoelastic damping on retrofitting seismic performance of asymmetric reinforced concrete structures

The primary purpose of this research is to improve the seismic response of a complex asymmetric tall structure using viscoelastic(VE) dampers. Asymmetric structures have detrimental effects on the seismic performance because such structures create abrupt changes in the stiffness or strength that may lead to undesirable stress concentrations at weak locations. Structural control devices are one of the effective ways to reduce seismic impacts, particularly in asymmetric structures. For passive vibration control of structures, VE dampers are considered among the most preferred devices for energy dissipation. Therefore, in this research, VE dampers are implemented at strategic locations in a realistic case study structure to increase the level of distributed damping without occupying significant architectural space and reducing earthquake vibrations in terms of story displacements(drifts) and other design forces. It has been concluded that the seismic response of the considered structure retrofitted with supplemental VE dampers corresponded well in controlling the displacement demands. Moreover, it has been demonstrated that seismic response in terms of interstory drifts was effectively mitigated with supplemental damping when added up to a certain level. Exceeding the supplemental damping from this level did not contribute to additional mitigation of the seismic response of the considered structure. In addition, it was found that the supplemental damping increased the total acceleration of the considered structure at all floor levels, which indicates that for irregular tall structures of this type, VE dampers were only a good retrofitting measure for earthquake induced interstory deformations and their use may not be suitable for acceleration sensitive structures. Overall, the research findings demonstrate how seismic hazards to these types of structures can be reduced by introducing additional damping into the structure.     

Studies on structural vibration control with MR dampers using μGA

A new approach to reducing the seismic response of spatial structures with magneto-rheological (MR) dampers is presented in this paper. The Genetic Algorithm with small populations (μGA) is used to optimize the control for the MR dampers to reduce structural vibration, which is difficult to achieve using classical optimal control. The advantages of μGA are the use of global properties and that fewer conditions are required to obtain the optimal function. Numerical results demonstrate the effectiveness of the proposed method in reducing the seismic response of structures.