压电主动杆件在结构抗震控制中的优化设计及实验研究

随着建筑形式的多样化以及结构高度、跨度的增大,结构在地震和风等动力荷载作用下的振动问题也日益突出,智能材料的研究与应用成为结构抗震控制技术领域最具前沿性的发展方向之一。本文根据主动控制力学模型,基于最小储能原则,运用遗传算法,得到了主动杆件的最优布置位置和最优增益;进行了三层空间结构主动抗震控制实验,研究结果表明,压电主动杆的控制效果与输入地震波的关系不大,而与结构自身参数关系密切,对结构进行智能控制之后抗震效果显著,结构各层的位移最大抑制达到14%,加速度的最大抑制达到21%。     

压电材料智能控制器对框架结构地震反应的主动控制

本文对压电材料智能控制器装置进行了介绍,并提出了压电材料智能控制器对框架结构地震反应基于现代最优控制理论的主动控制方法。计算实例分析结果表明：应用本方法,该智能控制装置能有效地减小结构的地震反应。     

双层球面网壳结构的阻尼替代杆件减振控制研究

采用阻尼杆件替代双层网壳结构中的部分下弦杆件,既不改变原结构的网格形式,又对其进行有效的减振控制。在ANSYS软件中建立粘弹性阻尼杆件的数值模型,采用阻尼杆件对网壳部分下弦杆件进行替换,建立网壳减振结构数值模型;分别采用8种阻尼杆件替换方式对结构进行控制,进行结构的三维地震作用分析,在三种常用II类场地地震作用下考察替换杆件布局对结构控制效果的影响。研究表明:阻尼杆件布局方式对结构动力响应的控制效果有较大影响,合理布置阻尼替换杆件可以有效降低结构最大节点位移、最大节点加速度、最大杆件轴力等响应,控制效果可以达到20%～30%。     

ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应的半主动控制

本文提出了ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应半主动控制的设计计算方法.文中,在推导了ER/MR智能阻尼器杆件有限单元模型的基础上,建立了设置ER/MR智能杆件的网壳结构地震反应的运动方程.应用本文提出的局域半主动控制策略,我们得到了ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应半主动控制的计算方法.工程实例的计算结果表明:ER/MR智能杆件是一种不会失稳的控制装置,在结构上合理布置ER/MR智能杆件和合理选取ER/MR智能杆件的参数可获得较好的减震效果.     

单层网壳结构的阻尼减振控制分析

对凯威特型单层球面网壳结构进行了削弱杆件刚度、附加阻尼器杆件的减振控制研究.削弱部分原有杆件的刚度后,附加阻尼减振杆件.根据阻尼杆件的力学特性,在ANSYS软件中建立附加阻尼杆件的数值计算模型,根据阻尼杆件的不同位置进行结构建模及动力分析,主要考察阻尼杆件的布置位置对网壳结构减振效果的影响,以附加斜杆和附加环杆两种方式为例进行了网壳减振结构地震作用分析.研究结果表明:阻尼杆件的布置位置对网壳结构的减振控制效果有非常重要的影响,通过合理削弱原有杆件刚度并设置附加阻尼杆件,可以使网壳结构的位移、加速度和杆件内力等动力反应有较大的降低.     

摩擦摆隔震双层球面网壳结构的多维地震响应

将摩擦摆(FPS)引入到网壳结构的隔震控制中。文中首先阐明了FPS的工作机理和本构关系,建立了FPS隔震网壳结构的振动方程。通过双层球面网壳结构的数值算例考察了隔震和无控结构在单向和三向地震作用下的振动响应以及FPS的控制效果。研究结果表明,FPS具有良好的隔震和耗能效果,可有效地应用于球面网壳结构的振动控制。     

智能结构模态控制实验研究

独立模态控制方法原理明确,实现简单,是智能控制的常用算法,根据一个3层框架结构智能控制实验,介绍了模态控制理论及实现方法,阐述了压电堆工作原理,根据压电堆受压性能好的特点设计了一种将拉力转化为压力的主动元件,给出了压电堆工作的检测方程和控制方程。通过对实验数据分析,可以看到,通过对结构进行主动控制,相应的模态位移和加速度得到了良好的抑制。     

网壳结构的二维地震响应分析

网壳结构是空间结构中常见的结构形式,利用ANSYS有限元分析方法对局部双层网壳结构进行了地震作用时程分析计算,得到了结构杆件的内力、节点和位移,对结构动力响应在线性、几何非线性及几何和材料非线性情况下进行了分析对比,分析结果表明:网壳结构在二维地震作用下应该考虑几何和材料非线性的影响.     

地震作用下单层柱面网壳倒塌机理分析与试验研究

考虑材料的Bauschinger效应、杆件损伤累积效应、杆件失稳及失稳后性能以及杆件失效与杆件断裂等因素分析单层柱面网壳结构的倒塌机理,并进行了试验研究.结果表明,地震作用下单层柱面网壳结构倒塌破坏主要原因是靠近纵边支座的斜杆端部形成塑性铰数量过多,甚至局部形成机构,结构整体刚度显著降低,无法承担地震作用.试验较好地证明了理论分析所得结论的正确性.     

地震作用下压电摩擦阻尼器网壳结构的动力稳定度判定研究

在能量法的基础上推导了杆系结构的动力稳定度判定准则,运用本课题组自主研究的压电摩擦阻尼器的各种参数,并提取参数运用到结构体系中。通过在单层网壳结构中设置压电摩擦阻尼器,利用稳定度判定准则分析了没有压电阻尼器和嵌有压电阻尼器的网壳结构的动力失稳特性。结果表明:结构动力稳定度能量判定准则能够有效地判别结构动力失稳的时刻,能直观的分析结构各个状态的参数。判定过程方便,判定结果直观,并且说明压电阻尼器能有效抑制网壳结构的振动响应。     

单层柱面网壳弹塑性地震反应特征

本文对网壳结构的弹塑性抗震性能进行了探讨。根据结构弹性有限元理论，结合网壳结构受力特点，推导出网壳结构单元的弹塑性矩阵表达式。然后对单层柱面网壳结构的弹塑性地震反应进行了具体分析，给出了节点位移和杆件应力变化规律，并讨论了矢跨比变化对网壳弹塑性性能的影响，从而揭示出这类网壳的弹塑性地震反应特点。     

压电材料智能力矩控制器对具有不确定参数升船结构顶部厂房地震反应的鲁棒控制

文中建立了压电材料智能力矩控制器对具有不确定参数升船结构顶部厂房地震反应鲁棒控制的设计计算方法，并对中国某升船结构的等效结构体系进行了仿真分析。计算结果表明，智能力矩控制器能有效地减小顶部厂房的鞭梢效应。在考虑顶部厂房因端部山墙引起的侧移刚度不确定性的条件下，智能力矩鲁棒控制器的控制效果和稳定性要优于常规的主动控制器。     

空间网格结构多维多点随机地震响应分析的高效算法

将林家浩教授提出的“虚拟激励法”进一步推广应用于空间网格结构多维多点非平稳随机地震响应分析,推导了多维虚拟激励随机振动分析方法的理论公式,给出了峰值响应估计方法,并讨论了多维地震动的随机模型及参数选取,通过编制的专用计算机程序分析了网壳结构的随机地震响应。本方法自动包含了参振振型间及各输人地震分量间的相关项,计算精确、快速,非常适合分析频率密集型空间网格结构的随机地震响应,是一种高效的随机振动分析算法。     

A Semi‐active piezoelectric friction damper

This research investigates the development of a semi‐active piezoelectric friction damper for controlling the seismic response of large‐scale structures. The proposed device is made of Duplex steel and leads to high friction capacity, which can be developed either in passive or semi‐active modes. For the later, piezoelectric actuators react against a stiff clamping system and apply a variable normal force on the multiple contact surfaces. To validate the design, a prototype, which contact surfaces were made of stainless steel and brake pad material, was built and tested in both friction modes. Moreover, an analytical model of the damper was developed to estimate the performance of the piezoelectric actuators within the clamping system. Experimental results showed that the proposed device achieves a force range factor of 1.9. These experimental results also compare well with those obtained from the analytical model of the damper. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型索承网壳结构非线性地震反应特性和参数分析

本文根据新型大跨空间杂交结构———索承网壳结构的受力特点,选用梁元、杆元和索元的混合有限元模型,给出了一种有效的适用于该类结构的非线性动力响应的增量、迭代有限元计算方法。以K8型索承网壳结构为研究对象,进行了时域内的三向地震作用下的非线性反应分析。计算结果表明,该结构具有良好的抗震性能。文中针对地震响应的主要影响参数,对其地震响应规律作了系统的研究,得出矢跨比和撑杆长度是抗震设计的主要控制参数等有应用价值的结论。     

Seismic isolation analysis of FPS bearings in spatial lattice shell structures

<正>A theoretical model of a friction pendulum system(FPS) is introduced to examine its application for the seismic isolation of spatial lattice shell structures.An equation of motion of the lattice shell with FPS bearings is developed.Then, seismic isolation studies are performed for both double-layer and single-layer lattice shell structures under different seismic input and design parameters of the FPS.The influence of frictional coefficients and radius of the FPS on seismic performance are discussed.Based on the study,some suggestions for seismic isolation design of lattice shells with FPS bearings are given and conclusions are made which could be helpful in the application of FPS.     

膜型网壳结构抗震性能研究

本文采用子空间迭代法分析了单层膜型网壳结构的自振特性;推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制相应的计算程序,用振型分解反应谱法与时程法进行了结构地震响应特性分析。研究表明:膜型网壳结构的抗震性能比较好;用反应谱法分析时,水平地震作用下截断振型取15、竖向地震作用下取60可满足工程设计要求;用反应谱法计算结构竖向地震响应是安全可靠的,但进行水平地震响应分析时,最终还需用时程法进行验算。