結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動控制分析與設(shè)計.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究與應用被認為是結(jié)構(gòu)抗風和抗震研究的重大突破，它突破了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法即使僅依靠改變結(jié)構(gòu)自身性能的方法發(fā)展為由振動控制系統(tǒng)主動或被動的控制結(jié)構(gòu)的動力響應。在眾多可用的控制裝置中，質(zhì)量阻尼器（例如TMD和AMD）是最常用的控制裝置，它較主動支撐控制系統(tǒng)或半主動剛度系統(tǒng)等其它控制裝置而言，有著構(gòu)造簡單、易于維護等特點，特別是對于現(xiàn)存的建筑。本文針對具有Fail-safe的混合質(zhì)量阻尼器（HMD）進行了控制分析和方案

2、設(shè)計，并以某高層鋼結(jié)構(gòu)受地震激勵為例，進行了仿真分析。 首先分析了被動質(zhì)量阻尼器和主動質(zhì)量阻尼器的振動控制原理，確定了控制系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)的表達式；介紹了三種最常用的主動控制算法，并依此設(shè)計了時間域內(nèi)的控制律，獲得了三種不同形式和大小的控制權(quán)矩陣和；在此基礎(chǔ)上，編制了地震激勵下結(jié)構(gòu)—控制系統(tǒng)時程仿真Matlab語言程序，應用該程序?qū)?種地震波激勵下，TMD/MTMD/HMD的振動控制效果進行了分析比較。仿真結(jié)果表明，被動控制系統(tǒng)和主

3、動控制系統(tǒng)都能有效地減小結(jié)構(gòu)的地震響應，且HMD系統(tǒng)具有更強的有效性和魯棒性。 最后，采用LQR經(jīng)典控制算法討論了作動器出力的優(yōu)化設(shè)計，研究了主動控制力本身的特性，分析了主動控制力對結(jié)構(gòu)特征的影響，解決了時滯對降低主動控制效果的問題。結(jié)果表明，主動控制裝置實際上是改變了原結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，并為結(jié)構(gòu)采用主動變阻尼或主動變剛度的半主動控制系統(tǒng)代替主動控制系統(tǒng)提供了理論支持。 本文在高層建筑抗震的主動控制方面做了兩點創(chuàng)新性工作

4、： (1) 針對三種不同的主動控制算法，分別設(shè)計了其主動控制律，得到了三種不同形式和大小的控制權(quán)矩陣和，并依此對某鋼結(jié)構(gòu)受地震激勵的振動進行了有效的控制，可供類似高層建筑結(jié)構(gòu)進行主動控制分析和設(shè)計時參考。 (2) 采用Benchmark控制系統(tǒng)評價指標分析了HMD系統(tǒng)的主動控制效果；以兩組不同的指標衡量了主動最優(yōu)控制力的方向和大小，得出了控制力與作動器所在結(jié)構(gòu)層的層間位移與層間速度的關(guān)系，以及主動最優(yōu)控制力中彈性力絕對占