工程抗震的新领域——结构振动控制

本文叙述了建筑结构振动控制的起源和设想,介绍了控制理论在建筑结构抗震中的应用和当前振动控制应用开发研究的现状,最后提出了该领域研究的前景展望和有待解决的主要理论和技术课题.      

中国结构控制的研究与应用

建筑结构传统的设计方法是依靠结构自身的能力耗散振动能量,近十几年来,减小建筑结构在强烈地震地面运动和风荷载作用下的损失,越来越引起科学家和工程师的关注。结构振动控制的研究和应用已经取得了可喜的成果,迄今为止,许多振动控制的方法已经成功地应用于实际工程中,本文的目的是回顾中国振动控制在土木工程结构中的研究和应用情况。其中包括：基础隔震和被动控制技术,主动控制,混合控制和半主动控制以及国家自然科学基金     

应用形状记忆合金的桥梁结构振动控制研究及发展

简要介绍了形状记忆合金（SMA）材料的本构关系及其显著特性。总结了桥梁结构在地震和风振作用下的灾害，以及SMA驱动器和阻尼器在桥梁结构隔震及减震应用上的研究现状，展望了SMA在桥梁结构尤其是在大跨度斜拉桥和悬索桥结构抗震风振动控制中的应用前景，指出了基于SMA材料的桥梁结构振动控制研究中亟待解决的一些关键技术。     

大跨度悬索桥环境振动的双向TMD控制

对带有双向ＴＭＤ系统的大跨度悬索桥进行了空间非线性时程响应分析,探讨了ＴＭＤ参数对抑振效果的影响,分析结果显示,ＴＭＤ能够增大结构的表观阻尼,有较大的能量耗散作用,加速振荡的衰减,有效地抑振结构的振动,这表明,用ＴＭＤ技术对大跨度悬索桥的环境振动实施被动控制是一个有效的方法。     

大跨度空间钢结构抗震及施工模拟分析研究展望

随着大跨度空间钢结构的迅速发展,大量的空间钢结构建筑不断涌现。抗震研究对结构使用过程中的安全保障尤为重要,而结构施工过程的受力状态与结构一次成形的设计状态往往有很大不同,保障施工过程的安全就需要进行施工过程力学模拟分析。对大跨度空间结构抗震研究所面临的问题做了简单总结,然后对大跨度空间结构施工模拟分析的现状、内容、目的、实现方法做了系统详细的叙述,最后总结了施工模拟分析所面临的问题和不足。     

大跨度空间钢结构支吊架的施工抗震技术研究

为保证大跨度空间钢结构支吊架抗震施工技术在城市建设与规划过程中发挥积极效用,需对其进行研究。提出一种基于BIM技术的大跨度空间钢结构支吊架的抗震施工方法,该方法介绍大跨度空间钢结构支吊架的组成及其抗震施工布置要求、施工依据和施工工序,并阐述BIM技术在钢结构支吊架结构抗震施工中的具体应用,包括施工流程和施工原则。通过模拟工程实例分析证明,采用BIM技术进行抗震施工后的大跨度空间钢结构支吊架试件的承载力和抗侧刚度均有明显提升,在地震发生初期承担了建筑结构的大部分地震内力,具有较好的抗震性能。     

可调频调液柱型阻尼器振动控制参数研究

本文介绍了建筑结构利用可调频调液柱型阻尼器减小结构振动的控制系统,由于增设了频率控制装置,增加了ＴＬＣＤ的应用范围,文中阐述了利用ＴＬＣＤ系统减振的基本原理,确定了有关的影响参数并介绍了建筑结构利用ＴＬＣＤ进行振动控制的计算方法。     

随机振动下大跨度钢管混凝土柱结构抗震性能测试方法

由地震等自然灾害引发的等级多变强随机振动会对大跨度钢管混凝土柱结构产生较大的破坏,造成相关建筑全结构寿命周期性衰减。提出一种随机振动下大跨度钢管混凝土柱结构的抗震性测试方法,在等级多变强随机振动的情况下,设计测试模型,利用信号的协方差矩阵将振动信号与噪声进行分离,通过计算振动信号的强度、后验密度及权值系数等对振动信号进行预处理,获取单一寿命衰减参数;在此基础上引入粒子群算法,求解大跨度钢管混凝土柱结构寿命衰减抑制周期,判断其抗震性。实验结果表明,按照大跨度钢管混凝土柱结构寿命衰减抑制周期的判断方法,可实现对相关建筑结构在等级多变强随机振动下的抗震性测试。     

不同参数对TLD振动控制作用的影响

本文通过理论分析与计算,研究了对应于不同频率的TLD装置和荷载输入,TLD对建筑结构的控制作用,讨论了不同参数对TLD振动控制作用的影响,给出了对应于一定荷载频率范围TLD对结构振动控制作用较好的参数取值。     

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。     

基于交通振动环境下建筑结构损伤机理及减振隔振的研究现状

随着交通建设的发展,越来越多的公路要临近已有建筑物通过,而由于建设或重车通行引起的振动对周边建筑结构产生了很大的安全威胁,严重的甚至造成了建筑结构的损坏.论文通过对交通振动下建筑结构的振动控制标准和在振动中的损伤机理进行综述,系统总结了交通振动对建筑影响的方法,介绍了目前交通振动对建筑结构安全性影响的研究现状和方法,分...     

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%。     

地震作用下钢框架高层结构的抗震性能研究

钢框架高层建筑结构是当前高层建筑设计中使用最为广泛的技术,为提升其抗震性能,本文研究将调谐质量阻尼器安装在钢框架高层建筑结构顶部,考虑到建筑空间需求、防止集中荷载和提升控制效果等因素,在相同楼层或同顶部接近楼层中设置数个较小的、频率一致的子控制装置,通过设置调谐质量阻尼器受控结构等效阻尼比求极值的方法,获取最优刚度与最优阻尼系数;将获取的结果在有限元软件中进行模态分析获取模态质量,实现钢框架高层建筑结构扭转振动的减振控制。实验结果表明,地震荷载下,该方法使得建筑结构顶层角位移峰值和角加速度峰值分别降低50%和30%左右,建筑结构响应下降19%～26%,提高了高层建筑结构的稳定性。     

柔性控制抗震建筑新体系

本文提出了一种柔性控制抗震建筑新体系。它是以作者研制的液体-质量振动控制系统(HMS)施加于建筑物的柔性层而构成的抗震建筑体系。这种受控抗震建筑可以显著地减小地震输入,增加结构的附加阻尼,有效地控制结构的地震反应。对五层铜框架模型的振动台试验和理论分析表明,HMS是一种非常有效的振动控制系统,这种控制抗震建筑体系具有广泛的应用前景。     

土建结构振动控制研究进展

介绍了结构控制研究的任务,主要的减振装置,结构的主动控制和被动控制,结构的开环和闭环控制及其相应的算法;对土建结构控制研究的进展进行了综述,并列举了土建结构振动控制工程应用实例;对土建控制研究的内容,研究方法和研究队伍等提出了建议。     

人-板耦合动力响应分析

针对大跨度空间结构楼板振动舒适度问题,建立相应的人-板耦合模型,通过理论分析及有限元计算,系统研究了人-板相互作用体系的动力特性.详细分析了板的约束条件、楼板装饰层以及人群荷载密度分布等各种因素对楼板自振特性的影响.以大跨度车站结构为背景,采用人-板耦合体系,进行人行荷载同步、队列、散步等不同方式作用下楼板竖向振动的研...     

圆柱形支撑大跨度建筑结构强震冲击分析模型仿真

圆柱形支撑大跨度建筑稳定性较差,不能在强震冲击下保持稳定的结构状态。为解决此问题,设计圆柱形支撑大跨度建筑结构强震下冲击分析仿真模型,通过圆柱分析法则的确定、有限元支撑模拟分析与监测、圆柱形支撑体系承载能力分析以完成模型的仿真分析与监测。基于此对大跨度建筑结构强震冲击进行静力分析,调整强震冲击下模型的结构,完成模型的搭建。模拟强震冲击环境,设计对比实验结果表明,应用圆柱形支撑大跨度建筑结构强震下冲击分析仿真模型,可明确圆柱形支撑大跨度建筑薄弱点,发现稳定性较差建筑结构单元,达到提升圆柱形支撑大跨度建筑在强震冲击下稳定性的目的。     

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。     

基础隔震建筑混合控制的变结构趋近律方法

本文对叠层胶支座基础震建筑的混合振动控制问题进行了研究。利用控制律设计的变结构趋近律方法,给出了相应的闭环控制律表示式。     

动臂式施工塔吊TMD地震响应控制与分析

虽然建筑施工周期内地震致险概率并不高,但是由于塔吊使用极其广泛,塔吊致险概率并不低于建筑结构,故而针对塔吊的减震措施亟需研究。本文以某实际超高层建筑施工使用的动臂式塔吊为研究对象,根据塔吊自身和附着于超高层建筑后的动力特性,研究了TMD装置的不同方案对塔吊地震响应的控制效果。结果表明:① TMD装置对于属于高耸结构的塔吊减震控制非常有效;② 设置在塔身顶部的双向TMD不仅可以有效减小塔身偏摆,也可以间接有效地控制起重臂的竖向振动;③ 由于超高层建筑-塔吊结构高阶振型影响明显,此TMD装置对塔吊塔身控制效果不稳定,但对于起重臂仍能起到良好的控制作用,故而此TMD装置可以使用在附着在超高层建筑上的施工塔吊,对于塔身的振动控制仍需进一步研究。