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。     

磁流变智能隔震系统研究与应用现状

磁流变智能隔震系统作为一种新型隔震减震系统,克服了传统被动隔震结构的隔震层一经确定其性能参数将无法改变的缺点,可以同时对上部结构加速度和隔震层位移反应进行有效控制,因而适用于城市中大量重要建筑的地震反应控制.文中对其进行了研究与应用现状的介绍,具体包括磁流变阻尼器的研制、智能控制算法的编制和振动台试验研究等几部分,其中包括国内外取得的一些最新研究成果,还对该技术在工程中的应用情况进行了介绍.     

带智能磁流变阻尼器的层间隔震混合控制研究

为了进一步提高层间隔震体系的整体抗震性能,提出在层间隔震体系中附设MR智能磁流变阻尼器控制装置,构成新型的混合层间隔震控制体系。通过对某实际工程算例的非线性仿真分析,系统地研究了这种新型混合智能层间隔震控制体系的有效性,并与传统被动层间隔震减震效果进行了对比。     

基于磁流变阻尼器的层间隔震结构半主动控制研究

提出了一种层间隔震结构的半主动控制模型,建立了其振动控制方程,采用磁流变阻尼器作为控制器来施加控制力,通过编制计算机程序进行仿真分析。研究表明,对层间隔震结构进行半主动控制是有效的,结构的隔震层相对位移和顶层位移反应大大降低,进行半主动控制可以达到与主动控制相接近的控制效果;隔震层阻尼、隔震度和隔震层位置对层间隔震结构的控制有明显影响。     

基础隔震房屋模型振动台试验研究

本文结合日本在建的基础隔震实际工程,采用中国有关工厂生产的铅芯橡胶支座的作为基础隔震支座,进行了基础隔震房屋模型和基础固家房屋模型模拟地震动台试验,并引入能量分析方法对两种试验结果进行了分析比较。结果表明,基础隔震模型隔震效果明显,隔震层滞回变能有效吸收地震动入能量,减小模型结构的塑性变形和累积损伤。     

基于自供电磁流变阻尼器的隔震高架桥半主动控制

为解决结构振动控制的能量源问题,提出了一种新型自供电MR阻尼器智能减振系统。该系统由电磁调节式MR阻尼器、齿条齿轮加速器、永磁电机与控制器组成。基于广泛采用的隔震高架桥两自由度线性模型,定义了位移控制性能评价指标,引入了在汽车悬架系统设计中常用的Sky-hook控制策略,对隔震高架桥的减震性能进行了仿真分析。结果表明:通过优化设计的参数,自供电MR阻尼器的LQR-Clipped半主动控制与Skyhook控制都可以完全达到其相应的采用外部供电的MR阻尼器的控制效果,且接近理想的主动控制结果。     

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。     

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。     

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。     

Selective controlled base isolation system with magnetorheological dampers

A base isolation system composed of low‐damping isolation bearings and magnetorheological (MR) fluid dampers is described. The MR fluid changes its properties under the influence of a magnetic field resulting in a damper with characteristics that may be modified in real time. This feature enables optimal control under changing excitations in a stable and cost‐effective manner. The voltage is applied according to a selective control strategy. According to the proposed approach the dampers are activated only within a given range of the base displacements. The selective control improves the efficiency of the system and significantly reduces the control forces required for an optimal structural behaviour. Models of five‐ and eight‐storey buildings are used to study the efficiency of the proposed system. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

带减震支座的T型开关设备地震响应分析及试验研究

已有震害资料表明,支柱类设备具有较高的地震易损性。本文中提出使用钢丝绳及液压阻尼器组成的复合减震支座减小T型旁路开关的地震响应。本文首先分别对固定支座、钢丝绳阻尼器支座和复合支座的旁路开关进行有限元分析。随后对带复合减震支座的旁路开关进行了振动台试验,识别设备多阶振型,利用加速度响应及质量分布计算各截面弯矩,使用频响函数推算支座的减震效果。结果表明,液压阻尼器可以在钢丝绳阻尼器的基础上进一步减小设备的应力及位移响应。T型旁路开关基频较低且易受到高阶振型影响,设备支柱绝缘子中上部加速度响应最大,顶部位移最大而根部应力最大。减震支座能将设备的应力和位移响应减小大约50%,且设备的应力响应满足安全系数要求。     

Real‐time hybrid testing of a smart base isolation system

Real‐time hybrid testing is a very effective technique for evaluating the dynamic responses of rate‐dependent structural systems subjected to earthquake excitation. A smart base isolation system has been proposed by others using conventional low‐damping isolators and controllable damping devices such as magnetorheological (MR) dampers to achieve specified control target performance. In this paper, real‐time hybrid tests of a smart base isolation system are conducted. The simulation is for a base‐isolated two‐degrees‐of‐freedom building model where the superstructure and the low‐damping base isolator are numerically simulated, and the MR damper is physically tested. The target displacement obtained from the step‐by‐step integration of the numerical substructure is imposed on the MR damper, which is driven by three different control algorithms in real‐time. To compensate the actuator delay and improve the accuracy of the test, an adaptive phase‐lead compensator is implemented. The accuracy of each test is investigated by using the root mean square error and the tracking indicator. Experimental results demonstrate that the hybrid testing procedure using the proposed actuator compensation techniques is effective for investigating the control performance of the MR damper in a smart base isolation system. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

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.     

SMA阻尼器偏心结构平-扭震动控制试验研究

为了验证提出的新型筒式自复位形状记忆合金阻尼器(telescopic recentering shape memory al-loy damper,TRSMAD)对结构平动-扭转耦联振动反应的抑制作用,进行了偏心结构消能减震体系的振动台试验。设计了一个1/4缩尺的三层两跨单向偏心的钢框架模型,将提出的新型SMA阻尼器安装在结构底层的一侧,通过振动台分别对无控条件下和装有阻尼器的有控条件下的结构反应进行了研究。试验结果表明:(1)在各地震波作用下,TRSMAD对结构的平动反应有很好控制效果,而对结构各层扭转角位移的控制效果稍低;(2)不同地震波下的控制效果有所不同:对结构的平动位移而言,天津波的减震率最高,El Centro波次之,最后为Taft波;对结构扭转角的控制,平均而言,除了天津波作用下第二层为特例外,对El Centro波的减震效果最好,其次为Taft波,最后为天津波;(3)同一地震波下,阻尼器对结构模型一层的位移控制效果较其他层为优。     

复合隔震墩隔震性能的振动台试验研究

通过对农村民居特点的研究,提出一种新型、经济、简单、可靠的隔震技术—钢筋-沥青复合隔震墩.根据相关理论设计了相应的隔震墩试件.通过地震模拟振动台试验输入E1 Centro和Taft地震动与结构地震反应的对比,研究了钢筋-沥青复合隔震墩模型的振动特性.试验结果表明,隔震墩加速度折减系数在0.34 ～ 0.55之间,可有效...     

An enhanced base isolation system equipped with optimal tuned mass damper inerter (TMDI)

In seismic base isolation, most of the earthquake‐induced displacement demand is concentrated at the isolation level, thereby the base‐isolation system undergoes large displacements. In an attempt to reduce such displacement demand, this paper proposes an enhanced base‐isolation system incorporating the inerter, a 2‐terminal flywheel device whose generated force is proportional to the relative acceleration between its terminals. The inerter acts as an additional, apparent mass that can be even 200 times higher than its physical mass. When the inerter is installed in series with spring and damper elements, a lower‐mass and more effective alternative to the traditional tuned mass damper (TMD) is obtained, ie, the TMD inerter (TMDI), wherein the device inertance plays the role of the TMD mass. By attaching a TMDI to the isolation floor, it is demonstrated that the displacement demand of base‐isolated structures can be significantly reduced. Due to the stochastic nature of earthquake ground motions, optimal parameters of the TMDI are found based on a probabilistic framework. Different optimization procedures are scrutinized. The effectiveness of the optimal TMDI parameters is assessed via time history analyses of base‐isolated multistory buildings under several earthquake excitations; a sensitivity analysis is also performed. The enhanced base‐isolation system equipped with optimal TMDI attains an excellent level of vibration reduction as compared to the conventional base‐isolation scheme, in terms not only of displacement demand of the base‐isolation system but also of response of the isolated superstructure (eg, base shear and interstory drifts); moreover, the proposed vibration control strategy does not imply excessive stroke of the TMDI.