基于神经网络的滑移隔震结构智能半主动控制

考虑上部结构的刚度和阻尼,使用神经网络控制算法计算基底摩擦力的大小,研究了滑移隔震结构的半主动控制。对计算实例的分析表明,通过半主动控制的滑移隔震结构不但具有较好的隔震效果,且能有效地减小基底的最大滑移量及残余位移。为对比各种控制方法的控制效果,文中还利用Bang-Bang控制和瞬时最优控制算法对滑移隔震结构进行了半主动控制。对比分析表明,基于神经网络控制算法的控制效果优于其它控制算法,具有反馈量少,稳健性强等特点。     

巨-子结构智能隔震体系抗震性能研究

针对巨-子结构隔震体系,在隔震层处或子结构顶部与主结构连接处,施加SMA-压电智能复合阻尼器,从而形成巨-子结构智能隔震体系。本文通过限界Hrovat最优控制算法设计了巨-子结构智能隔震体系的半主动控制器,在此基础上,对巨-子结构智能隔震体系进行了Simulink控制效果仿真分析,同时比较了控制装置安装位置的不同对结构控制效果的影响,并与普通隔震结构的减震效果进行了对比。研究结果表明,智能隔震控制1（隔震层加控制装置）和智能隔震控制2（子结构顶部加控制装置）2种控制方案在控制结构的位移方面效果相差不大。总体而言,智能隔震控制2对于控制子结构单元顶部的绝对加速度效果更为显著,但是相对于普通隔震而言,特别是在控制隔震层位移方面2种方案都具有较好的控制效果。实施智能控制可以有效改善巨-子结构被动控制体系的抗震性能,并能降低隔震结构在遭受强震时由于隔震层出现过大位移导致结构倾覆的危险。     

三维隔震系统振动台实验研究

针对目前隔震体系尚不能减小竖向地震反应的缺陷,提出并研制了采用碟形弹簧的竖向半主动隔震装置。竖向半主动隔震装置是由碟形弹簧和外套油缸组成的,且由电磁阀控制油缸内油体与外接蓄油箱内油体间的油路,可实现竖向半主动隔震控制,提出了竖向隔震控制的半主动策略,结合水平隔震支座可实现三维隔震。通过振动台地震模拟实验,验证了三维隔震体系的效能,该研究对高烈度地区隔震技术的改善具有应用参考价值。     

组合基础隔震结构双向地震反应分析

本文采用双向耦合恢复力模型模拟组合隔震系统中隔震支座的双向耦合效应,对组合基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分析,分析表明在水平双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在水平双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时支座的最大位移,因而应考虑水平双向地震作用对组合基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

层间隔震技术评述

层间隔震结构是隔震技术的新发展,它将隔震层设置在建筑物某层柱子和楼板之间进行结构的地震反应控制。层间隔震结构在减震机理、振动特性以及设计方法等诸多方面有别于基础隔震结构和屋盖隔震结构。本文对层间隔震结构的适用范围、优点以及其在实际工程中的应用情况进行了综述,最后,指出了层问隔震结构需要进一步研究的问题。现有的研究成果和工程应用情况表明,层间隔震结构具有明确的减震效果,施工方便,是一种具有发展前途的减震体系。     

基于瞬时最优算法的磁流变阻尼隔震结构半主动控制

采用瞬时最优控制算法，对附加了磁流变阻尼器的多自由度隔震结构进行了半主动控制的数值模拟。首先，将被动隔震装置——叠层钢板橡胶垫与磁流变阻尼器相结合，形成磁流变智能隔震系统。其次，根据瞬时最优控制算法的基本原理，针对磁流变阻尼器的特点，建立与之相适应的半主动控制算法。最后，以六层隔震结构为例，进行数值分析。比较了被动与半主动控制的结构反应，并得到较好的控制效果。     

层间隔震结构工作机理研究

本文建立了层间隔震结构动力分析模型,对层间隔震结构地震反应的主要影响系数进行了分析。结果表明:在一定的频率比范围内,当隔震层的位置较高时,隔震结构下部位移和上部加速度均显著减小,表现出与TMD相似的工作机理;当隔震层的位置较低时,隔震结构下部位移和上部加速度均变化不明显,其工作机理与基础隔震相似。隔震层的阻尼比对层间隔震结构的减震效果也有较大影响,阻尼比越大,减震效果越好。     

大跨度空间网架结构屋盖隔震设计研究

针对大跨度空间网架屋盖隔震结构响应的问题,采用简化后的质点力学模型,对其进行理论研究,分析质量比、刚度比、阻尼比对屋盖隔震结构地震响应的影响,以基底剪力最小为原则确定隔震层的最优参数.建立相应的三维有限元模型,对其进行屋盖隔震设计,分别与非隔震和基础隔震结构的响应对比.结果 表明:屋盖隔震结构由于隔震层直接设置在屋盖支撑处,能明显减小上部网架的杆件轴力和支撑处的剪力.虽然其隔震层位置较高,但对结构的基底剪力和屋盖的挠跨比仍有减震效果;对于下部框架结构,直接与隔震层连接的框架的层间位移角有所减少,但未直接连接隔震层的较远部分框架的层间位移角略有增大,在结构设计时不容忽视,应适当加强.     

基础和屋顶隔震混凝土结构的地震振动台实验研究

通过使用平面尺寸为4.0m×4.0m的地震模拟器即振动台,对基础和屋顶隔震体系的控制性能进行了比较研究。试验包括三个三层无隔震、基础隔震和屋顶隔震混凝土框架结构模型。屋顶隔震包括板和叠层橡胶支座(LRB)。输入振动台的模拟地震动分别是1940N-S地震动、人工模拟山东地震动和人工模拟上海地震动。通过分析三个三层模型在白噪音扫描下的动力特性,首先评价了基础隔震与屋顶隔震体系的控制性能。实验结果显示,尽管基础隔震与屋顶隔震有着不同的工作原理,但基础隔震和屋顶隔震体系都能够明显地减小结构的位移和加速度响应(包括层间位移)。而且前者有更好的有效性。值得注意的是,屋顶隔震体系由于实施相对方便,因而可能成为减小中低层建筑结构地震损伤的优先选择。     

软着陆保护橡胶支座隔震体系振动台试验研究与比较

本文对一基础隔震模型进行了软着陆保护振动台模拟地震动试验,展示了该隔震体系在发生水平向大变形条件下,在不同后备支座以及滑移面摩擦系数不同情况下,轴压力从承载支座向后备支座转移的情况。结果表明:软着陆隔震保护体系不仅保护了承载支座免遭大变形失稳破坏,同时还能提供摩擦阻尼,将隔震层位移和上部结构层间位移控制在允许范围内。文中对隔震层位移、上部结构最大层间位移及绝对加速度等进行了分析,所得理论曲线与试验拟合曲线吻合较好。具有很大的应用前景。     

三维隔震单层球面网壳结构频率相关变阻尼半主动控制

在不同频率特征的地震动作用下,三维隔震单层球面网壳结构隔震层最优阻尼设计不同.文中基于单自由度体系加速度传递率函数,提出一种地震动主频相关的加速度阈值变阻尼半主动控制方法以及地震动主频分区识别方法.基于ABAQUS软件的DLOAD子程序,开展了三维隔震单层球面网壳被动控制与半主动控制有限元计算,对节点加速度、杆件轴力进...     

Trust-region based instantaneous optimal semi-active control of long-span spatially extended structures with MRF-04K damper

In the field of civil engineering, magnetorheological fluid （MRF） damper-based semi-active control systems have received considerable attention for use in protecting structures from natural hazards such as strong earthquakes and high winds. In this paper, the MRF damper-based semi-active control system is applied to a long-span spatially extended structure and its feasibility is discussed. Meanwhile, a _trust-region method based instantaneous optimal semi-active control algorithm （TIOC） is proposed to improve the performance of the semi-active control system in a multiple damper situation. The proposed TIOC describes the control process as a bounded constraint optimization problem, in which an optimal semi- active control force vector is solved by the trust-region method in every control step to minimize the structural responses. A numerical example of a railway station roof structure installed with MRF-04K dampers is presented. First, a modified Bouc- Wen model is utilized to describe the behavior of the selected MRF-04K damper. Then, two semi-active control systems, including the well-known clipped-optimal controller and the proposed TIOC controller, are considered. Based on the characteristics of the long-span spatially extended structure, the performance of the control system is evaluated under uniform earthquake excitation and travelling-wave excitation with different apparent velocities. The simulation results indicate that the MR fluid damper-based semi-active control systems have the potential to mitigate the responses of full-scale long-span spatially extended structures under earthquake hazards. The superiority of the proposed TIOC controller is demonstrated by comparing its control effectiveness with the clipped-optimal controller for several different cases.     

Fuzzy logic control of bridge structures using intelligent semi-active seismic isolation systems

Passive supplemental damping in a seismically isolated structure provides the necessary energy dissipation to limit the isolation system displacement. However, damper forces can become quite large as the passive damping level is increased, resulting in the requirement to transfer large forces at the damper connections to the structure which may be particularly difficult to accommodate in retrofit applications. One method to limit the level of damping force while simultaneously controlling the isolation system displacement is to utilize an intelligent hybrid isolation system containing semi-active dampers in which the damping coeffic ient can be modulated. The effectiveness of such a hybrid seismic isolation system for earthquake hazard mitigation is investigated in this paper. The system is examined through an analytical and computational study of the seismic response of a bridge structure containing a hybrid isolation system consisting of elastomeric bearings and semi-active dampers. Control algorithms for operation of the semi-active dampers are developed based on fuzzy logic control theory. Practical limits on the response of the isolation system are considered and utilized in the evaluation of the control algorithms. The results of the study show that both passive and semi-active hybrid seismic isolation systems consisting of combined base isolation bearings and supplemental energy dissipation devices can be beneficial in reducing the seismic response of structures. These hybrid systems may prevent or significantly reduce structural damage during a seismic event. Furthermore, it is shown that intelligent semi-active seismic isolation systems are capable of controlling the peak deck displacement of bridges, and thus reducing the required length of expansion joints, while simultaneously limiting peak damper forces. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

简支梁桥减震半主动控制算法研究

总结了6种半主动控制算法,采用黏滞阻尼器,对一座三跨简支梁桥进行了不同地震动输入下的半主动控制地震反应计算分析,比较分析了不同地震动输入和半主动控制算法对简支梁桥地震反应控制效果的影响。结果表明,半主动控制能有效地减小桥梁结构的大部分地震反应,同时可能会放大另外部分地震反应,这与地震动输入密切相关,不同地震动输入下的控制效果各不相同。所提六种半主动控制算法中,算法2、5、6对该简支梁桥地震反应的减震效果相对最好,这与各种算法的阻尼器耗能大小有关。     

Performance-based semi-active control algorithm for protecting base isolated buildings from near-fault earthquakes

Base isolated structures have been found to be at risk in near-fault regions as a result of long period pulses that may exist in near-source ground motions.Various control strategies,including passive,active and semi-active control systems,have been investigated to overcome this problem.This study focuses on the development of a semi-active control algorithm based on several performance levels anticipated from an isolated building during different levels of ground shaking corresponding to various earthquake hazard levels.The proposed performance-based algorithm is based on a modified version of the well-known semi-active skyhook control algorithm.The proposed control algorithm changes the control gain depending on the level of shaking imposed on the structure.The proposed control system has been evaluated using a series of analyses performed on a base isolated benchmark building subjected to seven pairs of scaled ground motion records.Simulation results show that the newly proposed algorithm is effective in improving the structural and nonstructural performance of the building for selected earthquakes.     

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。     

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。     

AVS/D半主动振动控制结构的抗震设计方法探讨

本文介绍了AVS／D半主动控制系统的工作原理,参照现行抗震设计规范的设计思想,提出了AVS／D半主动控振结构的抗震设计方法,并针对具体结构控制系统的工作性能,探讨了结构设计中关键参数：主体结构的地震力折减系数和薄弱层层间位移相对控制率的确定方法,最后通过实例分析验证了该方法的可行性。     

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．