高層連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度與減震控制理論研究.pdf

1、高層連體結(jié)構(gòu)在動(dòng)力特性與確定性激勵(lì)作用下的地震響應(yīng)方面已有了大量的研究成果，這些成果大多未考慮地震動(dòng)隨機(jī)性或研究?jī)H針對(duì)具體工程進(jìn)行，研究結(jié)論的較大離散性使設(shè)計(jì)者對(duì)高層連體結(jié)構(gòu)的性態(tài)難以進(jìn)行全面有效的把握與控制。一方面，我國(guó)“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”明確提出：在有條件的情況下建筑結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行可靠度分析，但對(duì)高層連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度研究可供參考的成果較少；另一方面，人們對(duì)于基于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震性能的要求已發(fā)生了較大變化，提出并積極推進(jìn)結(jié)構(gòu)減震控

2、制技術(shù)的發(fā)展，高層連體結(jié)構(gòu)主動(dòng)、智能減震控制的研究成果也很少?；谏鲜鲇懻摚疚膹?個(gè)方面對(duì)高層連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度與減震控制理論進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。
　　1.高層連體結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響參數(shù)研究。以毗鄰結(jié)構(gòu)周期比反映結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱程度，以連體剛度變化反映連體協(xié)調(diào)塔樓的能力，結(jié)合數(shù)值算例詳細(xì)討論了不同周期比、不同連體剛度條件下連體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性與地震響應(yīng)。
　　2.高層連體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)分析。鑒于強(qiáng)震下地震動(dòng)滿足大致平穩(wěn)的規(guī)

3、律，選用Clough和Penzien建議的修正過濾白噪聲地震動(dòng)隨機(jī)模型，提出將虛擬激勵(lì)法與狀態(tài)空間分析法相結(jié)合，直接采用功率譜密度法進(jìn)行多遇、罕遇地震作用下高層連體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)分析，罕遇地震作用下采用剛度退化的Bouc-Wen模型模擬連體結(jié)構(gòu)樓層的滯變特性，并對(duì)分析結(jié)果采用Monte Carlo隨機(jī)抽樣法進(jìn)行比擬研究。
　　3.高層連體結(jié)構(gòu)的非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)分析?？紤]地震作用的非平穩(wěn)性，將連體分為“強(qiáng)連體”與“弱連體”，將

4、連體與塔樓的連接方式分為“剛性連接”與“柔性連接”；建立了不同連接位置、連接方式下高層連體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析模型，罕遇地震作用下采用剛度退化的Bouc-Wen模型和Bouc-Wen模型分別模擬塔樓各樓層和柔性連體的滯變特性；將虛擬激勵(lì)法、狀態(tài)空間分析法及混合精細(xì)積分法結(jié)合運(yùn)用求解罕遇地震下連體結(jié)構(gòu)每一時(shí)刻的響應(yīng)，得到連體結(jié)構(gòu)在不同連接方式、不同連接位置處的非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)。
　　4.高層連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度研究。從4個(gè)方面詳細(xì)探討了高

5、層連體結(jié)構(gòu)在平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)和非平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)條件下連體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力可靠度。平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下，假定連體結(jié)構(gòu)最大層間位移角服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，采用前述平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)量得到5種連接工況下連體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力可靠度，并采用Monte Carlo隨機(jī)抽樣法進(jìn)行比擬研究；非平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下，以結(jié)構(gòu)層間最大位移首次超越層間位移角限值作為結(jié)構(gòu)的破壞界限，基于首次超越破壞準(zhǔn)則，假設(shè)交叉事件是成群出現(xiàn)且各群之間是相互獨(dú)立的Makov過程，在非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)分析的基礎(chǔ)上得

6、出了多遇、罕遇地震作用下剛性連體位置、剛性弱連體位置及阻尼弱連體位置對(duì)連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度的影響。
　　5.高層連體結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制理論研究。為彌補(bǔ)經(jīng)典LQR最優(yōu)控制算法要通過試算方法確定最優(yōu)控制參數(shù)Q和R的困難，提出了2種主動(dòng)最優(yōu)極點(diǎn)配置算法，并采用3種主動(dòng)控制算法對(duì)減震連體結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇、罕遇地震作用下的時(shí)程分析、非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)分析與動(dòng)力可靠度分析，并采用Monte Carlo隨機(jī)抽樣法對(duì)非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)與動(dòng)力可靠度分析的結(jié)果

7、進(jìn)行了比擬研究，得出三種主動(dòng)控制算法在高層連體結(jié)構(gòu)減震控制理論應(yīng)用方面的有效性與正確性。
　　6.高層連體結(jié)構(gòu)的模糊減震控制理論研究。給出了高層連體結(jié)構(gòu)模糊控制器的設(shè)計(jì)方法，建立了高層連體結(jié)構(gòu)模糊控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖。以經(jīng)典LQR算法結(jié)論為對(duì)比，對(duì)給定數(shù)值算例進(jìn)行了系統(tǒng)的模糊減震控制研究，所得結(jié)果表明兩種減震控制方案均能實(shí)現(xiàn)對(duì)連體結(jié)構(gòu)的有效控制，但模糊控制具有不依賴模型精確性的優(yōu)勢(shì)，為工程的具體應(yīng)用提供了更好的參考價(jià)值。