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。     

半主动磁流变阻尼控制方法的比较与分析

提出了基于现代最优控制理论的半主动控制算法。通过对一装有５个磁流变阻尼器的７层框架结构的地震反应分析表明,基于两种主动控制算法的所提半主动控制律是非常有效的。     

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。     

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。     

结构振动控制的半主动磁流变质量驱动器(MR-AMD)

本文首先提出了一种新型的半主动磁流变质量驱动器（MR－AMD），该装置用磁流变驱动器替代AMD的液压驱动系统；其次采用所提出的半主动控制算法仿真分析了MR－AMD用于结构振动控制的有效性；第三，比较了半主动质量驱动器（MR－AMD）、调谐质量阻尼器（TMD）及主动质量驱动器（AMD）对同一模型结构的控制效果。分析结果表明，MR－AMD作为一种半主动质量驱动器有效地降低了结构的反应，其控制效果虽然不如具有相同质量块参数的AMD但却优于TMD，且同AMD一样具有较宽的有效频带范围。     

磁流变阻尼器在相邻建筑结构体系弹塑性地震反应控制中的应用

研究应用磁流变阻尼器连接相邻建筑结构的弹塑性地震反应控制问题。首先介绍磁流变阻尼器的力学模型,并设计了磁流变阻尼器的结构参数;其次,介绍钢筋混凝土框架结构的退化三线型恢复力模型及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;最后进行半主动控制研究,设计了半主动控制器,通过算例实现了结构的半主动控制。分析结果表明,采用磁流变阻尼器连接的相邻结构振动控制是十分有效的,可避免地震中相邻结构发生磁撞损坏。     

磁流变阻尼器对高层建筑风振反应的半主动控制

本文探讨了磁流变阻尼器在高层建筑风振控制中的应用，在经典线性最优控制理论的基础上，根据磁流变阻尼器的特点，提出了一种新型的半主动控制策略，应有该方法对一40层的钢结构的风振反应进行了计算机模拟，结果表明，采用磁流变阻尼器对高层建筑进行半主动控制的能够有效减小结构的风振反应。     

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。     

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。     

磁流变阻尼器对高层建筑风振舒适度的半主动控制分析

高层建筑风振舒适度的控制是结构抗风设计的一项重要内容。本文提出了磁流变阻尼器对高层建筑风振舒适度控制的一种设计方法。由于加速度是舒适度的判别标准，因此，首先通过对依据现行规范计算和用计算机模拟两种方法下得到的加速度进行比较，进而对模拟的脉动风荷载进行合理的修正，并以此作为抗风设计的依据；其次，根据磁流变阻尼器在不同位置时的控制效果，合理地布置控制装置，在此基础上，通过对加速度的有效控制来满足结构舒适度要求；最后，对磁流变阻尼器的参数进行合理的设计，达到优化的目的。     

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.     

Spring-viscous damper systems for combined seismic and vibration isolation

The coupled lateral-vertical-rocking dynamic response of spring-viscous damper isolated structures is considered. The force-displacement relation of the viscous dampers is described by an experimentally calibrated fractional derivative viscoelasticity model. The equations of motion are derived and reduced to a form for direct solution by the discrete Fourier transform method. The validity and accuracy of the derived solution are demonstrated by comparison with shake table test results. The developed analysis procedure is employed in the seismic analysis of a recently constructed isolated structure. The analytical and experimental results demonstrate that spring-viscous damper isolation systems are capable of providing both effective seismic and vibration isolation.     

大型立式浮顶储罐基础隔震数值研究

强震作用下,立式浮顶储罐破坏严重。为了降低浮顶储罐的地震响应,选取15×104m3大型立式浮顶储罐,引入基础隔震措施,并考虑浮顶的影响,应用势流体理论,采用ADINA建立有限元模型。研究在不同隔震层阻尼比、不同隔震周期、不同烈度及不同场地条件影响下,基础隔震浮顶储罐的地震响应并进行对比分析。结果表明:当隔震层阻尼比为0.2～0.3时减震效果较好,阻尼比存在合理优化区间;随着隔震周期、地震烈度的增加,基础隔震浮顶储罐的减震率增加;基础隔震浮顶储罐的减震效应受场地条件影响较大;基础隔震措施不能有效控制浮顶储罐的晃动波高。浮顶储罐隔震设计时需要综合考虑多种因素,选取最佳隔震设计参数。     

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。     

导管架式海洋平台结构磁流变阻尼隔震的振动台试验

本文针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台,进行比例为1：10的模型结构的振动台试验研究.首先,根据原结构的基本参数,确定试验模型的几何参数,并通过试验结构的扫频分析,确定其基本力学性能以及隔震层的相关设计参数;其次,对模型结构进行数值计算分析,以确定磁流变阻尼器的基本参数;最后,对模型结构进行振动台试验研究,分别考察3种地震作用下的结构反应.试验结果证明：导管架式海洋平台结构的磁流变阻尼隔震方案对于减少导管架结构的振动、平台甲板的加速度和隔震层相对位移是非常有效的.     

复合隔震支座在网格屋盖结构中的应用研究

将铅芯橡胶隔震垫与碟簧组合形成复合隔震垫,并应用于网格屋盖结构,利用串联弹簧模型预估铅芯橡胶隔震垫参数,利用单质点弹簧模型预估碟簧参数,结合实际工程,进行了模态分析、水平地震动时程分析及竖向地震动时程分析,表明复合隔震技术降低屋盖、下部结构加速度反应60%左右,降低由于地震引起的基顶反力约30%,但水平地震下隔震屋盖的侧移增大显著,应引起注意;文中提出的隔震垫参数预估模型得到了地震动时程分析的验证,可为工程参考。     

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.     

不同减隔震措施下平板支座抗震性能试验研究

为探究不同减隔震措施对短边距混凝土网架平板支座的抗震性能和破坏模式的影响,分别针对不同混凝土边缘距离以及采用不同减隔震措施的四个平板支座缩尺试件进行拟静力加载试验,对平板支座破坏模式、滞回曲线、箍筋应变进行分析。试验结果表明:平板支座的运动伴随着平动和转动。当混凝土边距不足时,边缘混凝土在压剪作用下,会发生冲切破坏。开长孔支座能较好的释放水平位移,并且对锚栓约束较弱,使其受力较小,从而减轻了边缘混凝土的受力。对采用橡胶垫板的支座,混凝土边缘未发生破坏,原因是橡胶垫具有良好的变形能力,可以释放支座的位移和转角,使得边缘混凝土受力较小。因此,针对混凝土边缘距离较短的平板支座节点,为防止混凝土发生边缘破坏,可采用开长孔支座,但需要对孔长进行合理的设计。采用橡胶垫支座也可避免混凝土发生边缘破坏,橡胶垫板可按照我国相关设计规范进行设计。     

Aseismic roof isolation system: analytic and shake table studies

Presented are the features of a roof isolation system that is proposed as a device to reduce the seismic response of buildings. Presented also are the details of and results from analytical and experimental studies conducted with a small-scale laboratory model to assess the feasibility and effectiveness of such a device. The roof isolation system entails the insertion of flexible laminated rubber bearings between a building’s roof and the columns that support this roof, and the installation of viscous dampers that are connected to the roof and a structural element below the roof. It is based on the concept of a damped vibration absorber and on the idea of making the roof, rubber bearings, and viscous dampers respectively constitute the mass, spring, and dashpot of such an absorber. The model considered in the analytical and experimental studies is a 2·44-m high, five-storey, moment-resisting steel frame, with a fundamental natural frequency of 2·0 Hz. In the experimental study the frame is tested with and without the proposed roof isolation system on a pair of shaking tables under a truncated version of one of the accelerograms from the 1985 Mexico City earthquake. In the analytical study, the frame is also analysed with and without such a system and under the same ground motion except that the ground motion accelerations are properly magnified to study the effec tiveness of the roof isolation system when the frame is stressed beyond its linear range of behavior. It is found that the suggested device effectively reduces the seismic response of the frame, although the extent of this reduction depends on how large its non-linear deformations are. Based on these findings, it is concluded that the proposed roof isolation system has the potential to become a practical and effective way to reduce earthquake damage in low- and medium-rise buildings. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.