Forced vibration test of a building with semi‐active damper system

The authors developed a semi‐active hydraulic damper (SHD) and installed it in an actual building in 1998. This was the first application of a semi‐active structural control system that can control a building's response in a large earthquake by continuously changing the device's damping coefficient. A forced vibration test was carried out by an exciter with a maximum force of 100 kN to investigate the building's vibration characteristics and to determine the system's performance. As a result, the primary resonance frequency and the damping ratio of a building that the SHDs were not jointed to, decreased as the exciting force increased due to the influence of non‐linear members such as PC curtain walls. The equivalent damping ratio was estimated by approximating the resonance curves using the steady‐state response of the SDOF bilinear hysteretic system. After the eight SHDs were jointed to the building, the system's performance was identified by a response control test for steady‐state vibration. The elements that composed the semi‐active damper system demonstrated the specified performance and the whole system operated well. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

带裙房高层建筑地震反应控制振动台试验研究

2002年9月在香港理工大学成功地进行了带裙房高层建筑地震反应控制试验研究。设计和制作的结构模型是带3层裙房的12层高楼剪切模型,在裙房顶层与主楼之间安装单MR阻尼器形成MR阻尼器耦联结构模型。MR阻尼器采用美国LORD公司摩擦型MR阻尼器,并且选用其配套产品计算机电流控制器对其进行控制,控制系统采用德国dSPACE公司实时控制系统。对独立主楼、独立裙房和原结构模型的动力特性进行了辨识;对结构模型进行了El Centro地震动作用下的地震反应振动台试验;以作者提出的MR阻尼器半主动逻辑控制算法,对MR阻尼器耦联的结构模型进行了地震反应振动台试验。试验结果表明：用MR阻尼器耦联主楼与裙房,采用半主动逻辑控制方法进行控制,能有效抑制主楼的鞭梢效应并使主楼和裙房的地震反应减小。     

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。     

An active mass damper designed using ARX models of a building structure

This study proposes a new design method for an active mass damper (AMD) that is based on auto‐regressive exogenous models of a building structure. The proposed method uses the results of system identification in the field of active structural control. The uncontrolled structure is identified as auto‐regressive exogenous models via measurements under earthquake excitation and forced vibration. These models are linked with an equation of motion for the AMD to introduce a state equation and output equation for the AMD–structure interaction system in the discrete‐time space; the equations apply modern control theories to the AMD design. In the numerical applications of a 10‐degree‐of‐freedom building structure, linear quadratic regulator control is used to understand the fundamental characteristics of the proposed design procedure. The feedback control law requires the AMD's acceleration, velocity and stroke; the structure's acceleration; and the ground acceleration as vibration measurements. The numerical examples confirm the high applicability and control effectiveness of the proposed method. One remarkable advantage of the proposed method is that an equation of motion for the structure becomes unnecessary for designing controllers. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

SATMD与消能减震相结合的混合控制研究

根据模糊控制理论及抗震结构混合控制理论，利用自行设计的模糊控制器对波动调谐质量阻尼器（PTMD）子结构进行调谐控制以实现半自动化，同时在主结构上进行粘弹性阻尼器的优化设置，从而实现结构体系的多模态优化混合控制，最后提出半主动调谐质量阻尼器（SATMD）与消能减震相结合的混合控制实用设计方法。本文对推动结构混合控制理论的发展具有重要意义。     

新型半主动调谐质量阻尼器减震性能的数值模拟

为了改良被动式调谐质量阻尼器(TMD)对建筑结构的减震效果,本文提出了一种新型的可实时调节频率和电涡流阻尼的半主动调谐质量阻尼器(SATMD)。由Hilbert-Huang变换(HHT)识别出结构的瞬时频率,通过基于HHT的控制算法实时调节SATMD的质量进行频率的调谐;通过基于线性二次型高斯(LQG)的控制算法实时调整磁导间距来调节电涡流阻尼系数。为了验证SATMD对建筑结构的减震效果,以一单自由度结构模型为例进行地震响应模拟,同时采用一经优化设计的被动TMD作为对比,并考虑由于主结构的累积损伤等引起自身频率下降而造成被动TMD的去谐效应。以主结构的加速度和位移时程峰值、整体均方根值及TMD的耗能性能作为评价指标,对比了SATMD在主结构发生损伤前后对被动TMD的改良效果。数值模拟结果表明,在主结构发生损伤前后,SATMD均比经优化设计的被动TMD有更好的减震效果及耗能能力。     

被动及半主动摩擦阻尼器对合肥翡翠电视塔地震反应的控制

摩擦阻尼器是一种构造简单的耗能减振装置,已应用于国内外多座新建建筑的抗震设计和已建建筑的抗震加固．半主动磨擦阻尼器则通过调整阻尼器的起滑力来改善被动摩擦阻尼器的耗能减振性能。本文研究了被动及半主动摩擦阻尼器对于高耸塔架结构地震反应的减振效果。为满足摩擦阻尼器对高耸塔架结构风振控制的特殊需要,本文建立了合肥电视塔的空间桁架有限元模型和串联多自由度体系模型,并在形成控制力变换矩阵和计算摩擦阻尼器两端的相对位移的过程中综合地运用了这两种力学模型。在半主动摩擦阻尼器的控制策略方面,本文提出了一种基于次优控制理论的半主动控制策略．本文研究表明,摩擦阻尼器可以抑制高耸塔架结构的地震反应．而半主动摩擦阻尼辞的耗能减振效果明显优于被动摩擦阻尼器．     

半主动磁流变阻尼控制结构的地震反应分析

本文对磁流变阻尼器的性能及恢复力模型进行了介绍,并对其参数进行了设计,提出了基于现代最优控制理论的半主动控制方法．计算实例分析结果表明,采用磁流变阻尼器对结构进行半主动控制能够有效地减小结构的地震反应．     

地震作用下公路桥梁碰撞的半主动控制研究

针对地震作用下公路桥梁的碰撞问题,采用接触单元法模拟桥梁之间的碰撞作用,并在此基础上研究了采用磁流变阻尼器的公路桥梁碰撞的半主动控制方法。通过对某公路桥梁的数值模拟发现,地震作用下桥梁之间的相互碰撞,将大幅增加桥梁的绝对加速度响应。采用磁流变阻尼器的半主动控制系统能够较好地降低结构的地震响应和消除地震作用下的碰撞。     

基于MRF-04K阻尼器的结构减震控制模型试验研究

本文应用最近研制的MRF—04K阻尼器对一三层钢框架模型结构进行了结构减震控制模拟地震振动台试验研究,分别验证了在不同加速度幅值的三种典型的地震动激励下两种被动控制系统和三种半主动控制系统的有效性。试验结果表明,无论是被动控制系统还是半主动控制系统都能够使模型结构的地震反应得到显著的降低。其中顶层相对位移反应和绝对加速度反应的峰值减小了50％左右。且其均方根值减小了70％左右。同时,半主动控制系统能够充分利用MR阻尼器的性能,能够以较小的控制力实现理想的减震控制效果,从而展现了基于MRF—04K阻尼器的半主动控制系统的工程应用前景。     

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。     

MR阻尼器耦联的带裙房高层建筑的半主动逻辑控制方法

针对MR阻尼器耦联的带裙房高层建筑的特点，提出了一种MR阻尼器耦联的带裙房高层建筑的半主动逻辑控制方法，并用此方法对12层带3层裙房的高层建筑进行了试验控制。结果表明，此种方法简单，工程实现容易。     

采用摩擦垫层及阻尼器对外套加层结构体系的减振研究

本文提出了一种耗能减震加层结构新体系,即利用旧有建筑顶层与加层结构之间的摩擦垫层井依靠在两结构各层连接点处增设的耗能阻尼器来吸收耗散能量的减振体系。在进行非线性动力分析过程中,首次建立了系统的结构模型,引入了一种新的库仑摩擦力表达式并对影响体系减振率的有关参数进行了研究。最后通过对一实际工程的设计和计算,验证了这种加层减振做法的有效性。     

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。     

液压阻尼系统（HDS）控制立式钢制储罐地震响应分析

本文采用液压阻尼系统（HDS）控制立式圆柱钢制储罐的地震反应，建立了安装HDS储罐的力学分析模型，并进行了数值计算，从频域对安装HDS后储罐的地震响应进行了分析，研究了HDS的减震效果和HDS和HDS参数对储罐地震反应的影响。     

半主动悬挂系统磁流变减振器的阻尼力实验与分析

采用磁流变减振器的履带车辆半主动悬挂系统,由于磁流变流体阻尼器结构简单、体积小、能耗低、反应迅速且阻尼力可调,正在成为新型履带车辆悬挂系统的发展方向。本文基于磁流变可控流体本构关系的Bingham模型,对影响车用磁流变减振器的阻尼力的各种因素进行了综合分析。对自行研制的双出杆剪切阀式磁流变减振器进行了实验研究,用实验与数值计算相结合的方法建立了粘滞阻尼力与液体动力粘度的关系、粘滞阻尼力与活塞间隙的关系、总阻尼力与活塞间隙的关系以及活塞间隙与可调系数K的关系。讨论了活塞间隙对磁流变减振器工作性能的影响规律,得到了活塞间隙的取值范围及依据。文中的数值计算是建立在已成型的试验器材基础上的,所以得到的关系曲线具有一定的实际意义和参考价值。     

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.     

Optimal displacement feedback control law for active tuned mass damper

Optimal displacement feedback control law is derived for a vibration control of a single‐degree‐of‐freedom structure with an active tuned mass damper (ATMD). Analytical expressions of the linear quadratic regulator (LQR) feedback gains for the ATMD are derived by solving the Ricatti equation straightforwardly. Based on these solutions, it is found that if the stiffness of the tuned mass damper (TMD) is calibrated to satisfy a certain condition, the control law is simplified to be composed of the feedback gains only for the displacement of the structure and the velocity of the auxiliary mass stroke, which is referred to as ‘optimal displacement feedback control’. The mean‐square responses of the structure as well as the auxiliary mass against Gaussian white noise excitations are evaluated by solving the Lyapunov equation analytically based on the stochastic optimal control theory. Using these analytical solutions, the optimal damping parameter for the auxiliary mass is also derived. Finally, the optimal displacement feedback control law is presented. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

MRFD半主动控制系统的时滞与补偿

时滞与补偿是基于磁流变流体阻尼器（Ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄａｍｐｅｒ，简称ＭＲＦＤ）的半主动控制系统优化设计中的一个重要问题。本文对此进行了研究，并通过计算实例分析了时间滞后与补偿两种情况对控制系统性能的影响，结果表明，当时滞达到１．０ｓ时，ＭＲＦＤ半主动控制系统仍具有一定的控制效果，说明该半主动控制系统是可靠的，其性能要优于完全主动控制系统，并且对时滞补偿以后系统的控制效果得到明显的改善，说明本文所述的时滞补偿方法是有效的。