連續(xù)梁橋地震損傷控制與數(shù)值模擬.pdf

1、作為交通樞紐工程,橋梁結(jié)構(gòu)是生命線工程的重要一環(huán),其建設(shè)造價高,工程作用重大,一旦發(fā)生地震破壞,將會給社會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,且震后修復(fù)非常困難。連續(xù)梁橋作為一種重要的橋型,以其良好的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性能等優(yōu)勢,在全世界范圍內(nèi)被廣泛采用。本文以連續(xù)梁橋為研究對象,對其進(jìn)行了智能控制和數(shù)值模擬,系統(tǒng)的研究了連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系在強(qiáng)震作用下的地震響應(yīng)及損傷。本文的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)為了更好的研究連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用

2、下的半主動控制及其數(shù)值模擬,本文首先基于控制裝置和控制算法,詳細(xì)的介紹了磁流變阻尼器的構(gòu)造、性能、工作模式和出力模型;然后針對控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程、最優(yōu)控制算法、主動控制力與狀態(tài)空間之間的增益關(guān)系,對比分析了不同控制算法間的異同點,并給出了基于磁流變阻尼器常用的幾種半主動控制算法及其物理意義。這為連續(xù)梁橋采用半主動控制方法的研究、應(yīng)用及其數(shù)值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)在連續(xù)梁橋的智能控制研究中,大多以控制梁的加速度和控制橋墩墩

3、頂與梁間的相對位移為目的,而忽略了對橋墩損傷的控制。本文提出了一種改進(jìn)的半主動控制策略,通過在限界 Hrovat最優(yōu)半主動控制算法中引入橋墩的損傷指數(shù),使橋梁的地震反應(yīng)和橋墩的損傷同時得到控制。本文以一設(shè)置了磁流變阻尼器的兩跨連續(xù)梁橋為研究對象,采用MATLAB對其進(jìn)行數(shù)值模擬分析,對所提出的半主動控制策略進(jìn)行了多種工況下的驗證。計算結(jié)果表明,采用考慮損傷的半主動控制策略,能夠在較好控制橋梁地震反應(yīng)的同時,有效減輕橋墩在強(qiáng)震過程中的損傷

4、,使橋墩的損傷指數(shù)得到明顯降低。
　　(3)本文提出了一種多墩聯(lián)合半主動控制算法,該控制算法在主動最優(yōu)控制力的基礎(chǔ)上,綜合考慮連續(xù)梁橋各墩的損傷狀態(tài),通過調(diào)整阻尼器的目標(biāo)出力,在主梁加速度和各橋墩墩頂與主梁間的相對位移得到控制的同時,使各橋墩的損傷指數(shù)能夠平均分配。并以一設(shè)置了磁流變阻尼器的三跨連續(xù)梁橋為研究對象,采用MATLAB對其進(jìn)行數(shù)值模擬分析,對所提出的半主動控制算法進(jìn)行了多種工況下的驗證。計算結(jié)果表明,采用多墩聯(lián)合半主動

5、控制算法,能夠較好地控制橋梁的地震反應(yīng),同時使本應(yīng)破壞最嚴(yán)重的橋墩在強(qiáng)震過程中的損傷指數(shù)得到有效的降低,達(dá)到各橋墩損傷平均分配的效果。
　　(4)本文提出了一種在大型有限元軟件 ABAQUS中實現(xiàn)半主動控制的方法。傳統(tǒng)控制理論的數(shù)值模擬方法大多是基于MATLAB數(shù)值程序?qū)崿F(xiàn)的,一般需要一定的假設(shè)和簡化,而在強(qiáng)震激勵作用下,難以保證結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)始終處于線彈性狀態(tài),這將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析存在一定的誤差。采用本文所提出的數(shù)值模