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     

浅谈大跨度空间结构相关振动控制

半个世纪以来,土木工程结构越发趋于大型化、复杂化,逐渐向高层、大跨度等方向发展,大型复杂结构逐渐显示出了巨大的应用前景,成为国内外发展最快的建筑结构类型之一。由于大跨度空间结构在建筑结构中应用越来越多,而其振动控制相对滞后,因此,振动控制在大跨度空间结构中的研究及应用就显得尤为迫切。本文阐述了大跨度空间结构振动控制的研究现状,并提出了一些有待进一步研究的问题。     

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。     

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。     

结构振动控制的两个理论问题

针对结构振动控制的两个理论问题,提出了自己的见解,阐明了这些理论问题对应用研究及工程实践的指导意义。     

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。     

结构振动控制的非光滑控制算法及其应用

针对地震波对建筑结构振动性能的影响,应用非光滑控制算法抑制该振动。首先根据李亚普若夫稳定性理论和齐次系统有限时间稳定理论,论证了所设计控制算法能够实现建筑结构振动的有限时间稳定。在考虑模型带有5%结构参数不确定性的基础上,对1幢受地震冲击的3层建筑进行数值仿真,对比分析了无控制、LQG控制和非光滑控制条件下的振动情形。为了防止控制器出力过大造成建筑结构的破坏和实际难以实现,仿真中对控制力幅值全部加以限制。仿真结果表明,所设计的非光滑控制算法可使系统在有限时间内稳定,并具有良好的抗震性能和鲁棒性。     

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。     

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。     

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...     

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。     

隔震换能减震控制系统实用设计方法研究

从能量的角度研究对隔震换能控制系统对建筑结构的减震控制作用,它既能通过转换地震能量来减轻结构的振动,又可以利用转换来的能量作进一步的振动控制.通过研究换能装置的控制力与隔震层刚度比的关系,提出了换能装置控制力的建议公式,并研究了不同换能装置与隔震层设计组合对换能效率和控制效果的影响,给出了隔震换能系统的设计流程,可使隔震换能系统换能效率达到70％左右,振动控制效果达到65％以上.     

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%。     

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。     

结构控制技术在桥梁工程中的应用综述

就桥梁结构的被动控制和主动控制以及控制算法等三方面,系统综述了桥梁工程中振动控制技术的应用现状与进展,总结了桥梁结构主、被动控制所取得的一些研究成果和结论,同时,指出目前研究工作中存在的尚待进一步完善的问题,提出了今后的研究方向。     

基于动态模糊神经网络的结构主动控制仿真分析

在模糊控制中,如何更加合理地生成控制规则,是其应用的一个重要问题。本文采用动态模糊神经网络(DFNN)算法,并借助于最优控制算法的样本数据,实现建筑结构振动控制中的模糊规则自动提取。首先,介绍了DFNN的结构和算法;其次,采用DFNN算法设计了二输入单输出及四输入单输出两种模糊控制器,对顶层设置AMD控制装置的五层钢框架模型结构进行模糊控制仿真分析。仿真结果表明,两种模糊控制器对顶层位移和加速度反应峰值的控制效果达到50%和30%以上,对地震输入和结构参数的变化均具有较好的鲁棒性;相比二输入模糊控制器,四输入模糊控制器的控制效果更好。本文研究为地震作用下建筑结构AMD模糊控制提供了新的思路和方法。     

智能控制算法及其在结构振动控制中的应用

本文首先概述了智能控制理论的形成、发展及主要内容，其中着重介绍了智能控制领域中的三个研究热点：模糊逻辑、神经网络、遗传算法的研究现状和发展方向；其次，详细地介绍了近年来智能控制算法在结构控制上的进展和应用，指出智能控制算法的研究是土木工程结构振动智能控制的重要组成部分，并对其研究和应用发展趋势进行了展望。     

结构基于RBF神经网络的变结构控制研究

针对固定增益变结构控制器应用于结构振动控制工程中可能引起控制系统过大的抖振,采用了一种基于RBF神经网络调节控制切换增益的变结构控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行研究。根据二次型最优控制方法设计了切换面;基于切换面存在的可达性条件推导出控制律的表达式。以一个三层框架结构模型为例来验证所提变结构控制方法的有效性,算例分析结果表明,所提控制方法能够有效地减小结构的地震峰值响应,且达到了削弱控制系统抖振的目的。     

多维Benchmark桥梁结构半主动控制策略

随着大跨度桥梁结构的广泛应用,作为生命线工程之一的桥梁结构振动问题备受关注。结构振动控制作为一种新方法,可以有效的减小结构振动响应。半主动控制只需较少的能量调节便可对最优控制力进行跟踪,进而成为研究的热点。传统的最优控制算法（LQR）需要计算复杂的Riccati方程,具有在线计算时间长等缺点。基于最优控制与计算结构力学之间的模拟理论,引入区段混合能的概念,将Riccati方程转化为区段矩阵的求解,采用水平双向布置MR阻尼器的方法对桥梁结构进行振动控制,考虑了桥梁结构3个方向的平动分量和转动分量,基于哈密顿体系提出了LQR半主动控制策略。最后,对Benchmark桥梁结构模型进行了仿真计算,结果表明:提出的LQR半主动控制策略是有效的。