磁流变阻尼器半主动控制算法的改进

以改进以往控制算法中对加速度的控制为目的，克服某些算法控制下结构加速度反应增大的弊端，提出了转换开关控制算法，结合一座在底层安装一磁流变阻尼器的4层框架结构的算例，对在4种不同的地震波(E1-Centro波，Taft波，Kobe波，Cape波)作用下未加控制、Passive-On、Passive-Off、LQR、转换开关(On-Off)控制状态下的结构反应进行了计算，并就结构顶点位移反应、加速度反应进行了减振率的对比分析，可看出该算法在位移控制方面与其他控制算法控制效果相近，但在加速度控制方面却优于其他算法，说明了转换开关控制算法的可行性及有效性。     

MRD结构的动力反应分析

建立了MRD结构的动力分析模型,推导出结构运动微分方程。采用IOC算法控制策略,并采用Newmark法进行逐步计算,得到结构位移、速度和加速度时程。结果表明各种地震反应时程均收敛,并且各项地震反应均得到较好地控制。     

基于主动控制优化被动黏滞阻尼器及混合隔震研究

针对隔震结构在超防烈度下隔震层位移响应过大问题,提出了基于主动控制算法优化被动粘滞阻尼器的策略。并将被动粘滞阻尼器安装于基础隔震结构形成被动混合控制结构,采用此被动混合控制能够基本实现主动混合控制的控制效果,实现以更加经济简便的方式解决隔震结构在超防烈度下隔震层位移响应过大问题。首先将主动控制装置设置于隔震层形成主动混合隔震控制体系,采用主动控制算法获取隔震层主动控制力与速度特性,其次,利用主动控制力与速度关系曲线,通过最小二乘法拟合被动粘滞阻尼器的最优阻尼系数与速度指数,最后将设计出的被动粘滞阻尼器安装于隔震层,形成被动混合隔震控制体系。以一栋七层基础隔震结构为受控模型,通过对主动混合隔震控制体系与被动混合隔震控制体系的仿真分析可知：主动混合隔震控制对隔震层位移的减震率分别为39.41%,45.04%及55.54%;被动混合隔震控制对隔震层位移的减震率分别为36.40%,44.30%及52.51%;被动混合隔震控制对于隔震层位移的减震率能够达到主动混合隔震控制效果的90%以上,被动混合隔震控制对于隔震层加速度响应的减震率能够达到主动混合隔震控制的60%以上,被动混合控制也同样实现了减小隔震层地震响应的同时不增加上部结构的响应,依据主动控制算法设计的被动粘滞阻尼器形成的被动混合控制结构能够基本实现主动控制的效果。说明依据主动控制设计被动粘滞阻尼器实现主动控制效果的思想的可行性。     

3种主动控制算法的结构振动控制效果研究

针对不同类型的结构,由Matlab中的相关函数命令求出相应的控制力状态反馈增益矩阵,继而得出结构振动的位移、加速度和控制力,比较分析了3种主动控制算法的控制效果,并给出了基于Matlab的三层框架结构的算例.分析结果表明:主动控制能够有效地减小结构的地震响应,特别是当结构刚度较大时,3种主动控制算法控制效果均较理想;而当结构刚度较小时,各种控制算法的控制效果差异较大,LQR控制算法和模态控制算法的控制效果较好,而极点配置控制算法控制效果较差,甚至可能放大地震响应,需要优化极点配置得到适宜的状态反馈增益矩阵以改善结构加速度响应的控制效果.     

结构振动磁流变阻尼器模态模糊控制算法研究

提出了磁流变阻尼器模态模糊控制算法,可以改进磁流变阻尼器半主动控制现有的算法,同时使所需要的模糊推理数量处于可接受范围之内.建立了一栋20层磁流变阻尼器半主动模态模糊控制的分析模型,并利用Matlab语言编制了求解软件.计算结果表明:所提出的算法对层间位移、楼层位移和楼层速度的减震效果较为显著,只对第一阶振型控制就可收到明显的效果.磁流变阻尼器的参数指标f_(dmax)越大,层间位移、楼层位移和楼层速度的最大值的减震效率越高,且沿楼层高度分布均匀可达60%左右.但f_(dmax)增大时,楼层加速度的最大值随之增大,因此对加速度减震有要求的结构不宜采用此算法.     

GPC和LQR算法在压电摩擦阻尼隔震结构中的应用

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成可控隔震系统,根据压电摩擦阻尼隔震系统的特性选择了线性二次型最优控制（LQR）和广义预测控制（GPC）作为整套隔震系统的控制算法,并将半主动控制算法作为控制输出策略;用时程分析法对结构的动力反应进行对比,验证了其隔振效果。结果表明：无论是多遇地震还是罕遇地震,这种隔震体系都可以大大降低结构的地震反应,其中各楼层加速度反应减小75％以上,层间位移减小70％～80％,结构的位移反应主要集中在隔震层;该控制算法大大降低了隔震层的位移,改善了控制效果。     

MR阻尼器-网格结构的滑模变结构控制

为了减小网格结构在地震作用下的动力响应,引入了磁流变阻尼器(MR阻尼器)作为结构的振动控制装置,同时采用基于指数趋近律的滑模控制算法设计控制器,提出了相应的半主动控制策略.对凯威特型单层网格结构进行了实例分析,对比未控和受控状态下结构位移及加速度峰值响应,降低原结构刚度20%后再次进行时程分析.仿真结果表明,受控状态下结构的位移及加速度峰值响应明显减小,降低刚度后本文采用的方法对结构依然具有较好的控制效果,从而验证了该方法的有效性.     

粘滞阻尼墙对高层建筑结构抗风性能影响的研究

为研究粘滞阻尼墙对高层建筑结构抗风性能的影响,以某高层建筑物混凝土框架结构为例研究了粘滞阻尼墙对高层建筑结构的消能减振作用。利用有限元分析软件SAP2000分析了有粘滞阻尼墙和无粘滞阻尼墙的建筑结构的固有特性,分析了两种结构在风荷载作用下的动力响应,探讨了风荷载下两种结构的层位移、层间位移角、层加速度和层间剪力。结果表明:粘滞阻尼墙基本只提供结构阻尼,几乎不提供附加刚度;粘滞阻尼墙可大幅度降低结构的顶层动力响应;粘滞阻尼墙能明显减小结构的层位移、层间位移角、层加速度和层间剪力。由以上结果可知,粘滞阻尼墙可以提高高层建筑物的抗风性能和舒适度。     

设置线性磁流变可控阻尼框架结构的半主动控制分析

为研究框架结构地震反应,采用磁流变阻尼器对其进行半主动控制分析.首先使用控制理论建立能同时控制位移、速度和加速度的主动控制方程,并推导了最优控制力,通过算例探讨了框架结构位移、速度和加速度的权函数;然后对设置可控阻尼器的10层框架结构进行地震反应半主动控制分析,研究了结构位移、速度和加速度等地震响应,由此分析可控阻尼器最大和最小阻尼系数对半主动控制的影响.结果表明:应考虑能量消耗合理选择结构控制的各权函数,并应合理设置可控阻尼器最大和最小阻尼系数.算例表明,最小阻尼器系数可取为最大阻尼系数的1/10,以使框架结构获得较优的控制效果.     

高层结构屋顶构架风振控制设计与研究

以合景大厦为工程背景,介绍了屋顶构架风振控制设计,并给出了基于弯曲错动耗能的阻尼片的试验性能分析及屋顶构架控制的数值计算结果.分析结果表明:增加阻尼材料厚度和钢板厚度均可增加阻尼片的耗能能力;在结构中布置阻尼片可以有效地降低屋顶构架及结构顶层的动力响应,能够较好地改善屋顶构架的层间相对位移,满足结构舒适度要求.构架层间位移角最大控制效果为41.4%,构架顶点位移响应最大值控制效果为13.9%,结构顶点加速度响应最大值控制效果为38.3%.在本工程采用的耗能减振技术,具有明显的技术经济效益.     

装配式轻钢框架-轻钢桁架结构振动台试验研究

为研究装配式轻钢框架-轻钢桁架结构的抗震性能及桁架式"L"形柱的震坏机理,进行了一座两层房屋的足尺模型振动台试验.对模型进行42个工况的地震波输入,运用模态分析理论识别了模型结构的动力特性,分析了加速度响应、位移响应和应变响应的变化规律.研究表明:在地震波加速度峰值从0.07g逐渐增大到0.9g的过程中,结构自振频率逐步下降;加速度放大系数逐渐降低;最大层间位移出现在首层,在8度基本地震动和8度罕遇地震动时的最大层间位移角分别为1/268和1/164,低于多层钢结构的弹性层间位移角限值和弹塑性层间位移角限值;结构能满足"两阶段、三水准"的抗震设防要求.模型中的桁架式"L"形柱在8度基本地震动时处于弹性状态,在8度罕遇地震动时有部分桁架节点处焊缝开裂并进入塑性状态,在9度罕遇地震动时结构塑性变形加大但仍有一定安全储备,在9度极罕遇地震动时刚度严重退化.结构在经历了渐进的塑性变形过程后,仍保持一定的承载能力,具有较好的延性,可在高设防烈度地区应用.     

基于均匀五次B样条插值求解动力响应的时间积分法

为求解结构动力响应,提出了一种新的逐步积分方法。通过五次的B样条插值在局部时间域上对位移、速度和加速度进行离散,给出了逐步逆推的计算格式。通过双参数控制算法的稳定性和计算精度。该方法具有自起步、无中间计算环节的特点。数值实例表明,本文算法的精度很高,明显优于Newmark法、Wilson法。     

速度脉冲地震下偏心重力柱-核心筒结构的 弹塑性地震响应分析

研究了结构偏心和速度脉冲强震双重不利因素对新型重力柱-核心筒结构体系地震响应的影响。选取3条速度脉冲和对应的3条非速度脉冲地震记录作为地震动输入,采用CANNY软件对偏心重力柱-核心筒结构进行了非线性动力时程分析,研究速度脉冲效应和偏心率对弹塑性地震响应的影响规律。研究结果表明,速度脉冲地震下的结构层间剪力、层间位移、层间扭矩和层间扭转角均明显高于非速度脉冲地震下的对应值。偏心率对结构弹塑性抗震需求影响显著。顶点位移、层间位移角、层间扭矩和层间扭转角随着偏心率的增大而增大,层间剪力则呈现出减小的趋势。因此,在新型重力柱-核心筒结构设计中,应考虑速度脉冲地震和偏心率的影响。     

基于粘滞阻尼器加固的RC框架结构的抗震性能研究

本文建立了5层RC框架结构模型,选取5条典型地震波和2条人工波,对其进行抗震性能分析,随后分别对2层、4层增设了粘滞阻尼器和1层、3层、5层增设粘滞性阻尼器的RC框架结构在同样地震记录下进行抗震性能分析,比较他们之间的加速度响应、层间位移、最大层位移以及结构的损伤发展过程。分析表明:5层RC框架结构配置了粘滞阻尼器后,地震加速度响应、层间位移以及各层最大位移都明显减小,粘滞阻尼器达到有效地减震效果。对于多层RC框架结构,阻尼器应当避免从底层配置才能达到最优的控震效果。     

智能振动控制装置布局优化设计

目的为了提高智能振动控制结构的减振效果，以最少的控制装置数目、最佳的位置实现控制．方法建立MRD结构的动力分析模型，推导出结构运动微分方程；对标准遗传算法经常出现未成熟收敛、振荡、随机性太大和迭代过程缓慢等缺点进行改善，提出了改进混合遗传算法；建立智能控制装置布局优化设计模型，使用改进混合遗传算法对8层MRD结构的控制装置的布局进行优化设计．结果优化后，MRD结构的相对加速度、速度、位移、层间剪力均有很大程度的降低．结论改进混合遗传算法对智能控制装置布局优化的结果比较理想．智能控制结构的各项地震反应均得到了更好地控制．     

巨-子结构控制体系的参数优化及随机响应灵敏度分析

为了研究巨-子结构控制体系中隔震层的最优参数,建立了巨-子结构控制体系的动力微分方程,基于遗传算法理论以基底剪力最小为优化目标对结构的物理参数进行了优化.采用虚拟激励法和摄动法,分析了巨-子结构控制体系平稳随机响应对各参数的灵敏程度.通过主结构层问位移方差、隔震层层间位移方差、子结构顶层绝对加速度方差对各参数的敏感程度分析表明,各响应对子结构的层刚度敏感性最小,而对子结构层质量、隔震层层刚度以及隔震层阻尼较为敏感.     

适于高速加工的五次参数样条曲线插补及其速度生成算法的研究

为适应高速高精加工,针对传统插补算法和速度控制方式在进给过程中存在柔性冲击的问题,提出了一种五次参数样条曲线插补方法及其速度生成算法.该算法采用二阶连续可导的五次样条和近弧长样条参数提高了进给运动的连续性;速度控制算法保证机床在高速运行过程中加加速度(加速度的变化率)的二次连续、加速度、速度和位移与时间关系的高阶连续变化,并且保证在各自的约束范围内,从而使机床的运动平稳,避免产生大的冲击和振动,同时有利于提高加工质量,减少加工时间.通过仿真验证,表明了这种算法能有效地保证高速加工机床运行过程中进给速度的连续性和运动轮廓的平滑性.     

一种新型结构体系在随机激励下的控制参数特性研究

以(日本)东京市政厅(传统普通巨型框架结构)为原型,在此结构基础上设计了相应的巨-子型有控结构体系PMSCSS(Passive Mega-Sub Controlled Structural System),对其在随机脉动风荷载激励和随机平稳及非平稳地震激励下的控制效果分别进行了对比计算研究,并讨论了相对结构参数,如主子结构质量比、主子结构刚度比对PMSCSS位移及加速度响应控制效果的影响。研究结果表明,与传统普通巨型框架结构体系相比,PMSCSS在随机脉动风荷载激励下主结构的位移响应控制率可达61.5%~67%,子结构位移响应控制率可达53.9%~58.4%,子结构加速度响应控制率可达45.2%~57.5%;在随机地震荷载激励下主、子结构的位移响应控制率分别可达70%和34%,其相应的加速度控制率为50%和56%,以上数据充分说明了PMSCSS在控制位移、加速度响应方面具有显著效果。     

单层楼阁式木架动力与耗能性能试验研究

中国传统楼阁式木构由柱基层、柱架层、铺作层和屋架层组成,地震作用下各结构层间出现的非线性响应表明了楼阁式木构是一个高度非线性的结构体系,其中蕴含了丰富的减隔震机理,而整体楼阁式木架的抗震机理复杂且各结构层协调工作机制、动力及耗能性能尚未被完全揭示。为了探究楼阁式木架的动力及耗能性能,基于先前研究内容对1/16缩尺的观音阁单层木架简化模型进行了振动台试验。将三条地震波缩尺并调整地震动峰值加速度（PGA）后输入,分析木架在单向地震激励下的动力响应。试验结果表明,当输入地震动加速度较小时,三条地震波作用下木架响应都较小,当输入地震动加速度较大时,三条地震波作用下木架均会出现柱摇摆、柱脚滑移和柱脚提离等结构响应;木架层间位移角主要由柱架层提供,且随着PGA增大,铺作层层间位移占比减小,柱架层层间位移占比增大。基于试件位移响应和加速度响应,进而分析木架表现出的滞回特性,结果表明在柱摇摆前滞回曲线呈现较大初始刚度,在柱摇摆后滞回曲线呈现二阶刚度,在柱脚提离后滞回曲线呈现负刚度;同时对不同地震激励下的木架累积耗能及耗能占比进行了分析,结果表明,随PGA增大,柱脚摩擦滑移耗能占比越大,且PGA越大,柱架层摇摆耗能占比越大,铺作层耗能占比越小。     

非结构构件地震反应分析及设计方法

对非结构构件的地震反应做了初步的分析,并对非结构构件基于可靠性的结构优化设计和基于性能的结构抗震设计中的一些问题进行了探讨。指出影响非结构构件损坏的主要参数有地震加速度和层间位移角,并由层间位移角量化了部分非结构构件的性能水准指标。