基底滞后隔震层对建筑结构随机地震反应的控制

本文应用随机最优控制理论提出了用基底滞后隔震层把大震烈度下多层剪切型结构的地震反应控制在弹性范围内的设计计算方法.文中在建立了基底设置隔震层建筑结构计算模型的基础上,确定了它随机地震反应最优控制的评价函数和可靠性约束;并在应用最优控制论导得基底等价线性耗能器的最优反馈增益的前提下,最终得到了把大震烈度下结构地震反应控制在弹性范围内的基底滞后隔震层最优设计参数的计算公式.     

基于磁流变阻尼器的多单体组合隔震结构模糊控制研究

提出了一种新的组合结构振动控制体系——多单体组合隔震结构,建立了力学模型及运动方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。通过计算机仿真分析,并运用LQR控制与之进行对比。研究结果表明,这种组合隔震结构体系的控制效果明显,各结构的地震响应都有明显降低。采用模糊控制不需要建立精确的计算模型,并能达到与LQR控制相接近的控制效果。用磁流变阻尼器充当控制器减少了能量输入,在结构2与结构3之间安装弹簧-阻尼器使控制更容易实现。     

双凹摩擦摆隔震烟风道结构地震响应

传统烟风道板式滑动支座可减少道体热胀冷缩时的摩擦阻力,但抗震耗能能力不足,缺少变形后的复位能力,且会约束道体的转动而可能导致结构破坏.将摩擦摆隔震支座用于烟风道,可同时具有热滑移、隔震功能,允许道体在温度作用下自由转动.本文对烟风道采用双凹摩擦摆中间隔震的结构体系地震响应进行了研究,建立了横向地震作用下简化的三自由度地震响应分析模型,其中双凹摩擦摆采用三线性滞回模型,推导了一阶状态空间微分运动方程.该模型的分析结果与有限元实体模型分析结果非常接近.利用简化模型研究了不同场地类别、不同强度地震激励作用下双凹摩擦摆的恢复力特点及隔震效果,结果表明:与非隔震结构相比,双凹摩擦摆隔震的烟风道的道体反力、支架剪力均得到了控制.     

多维地震作用下高层结构振动混合控制研究

针对水平和竖向地震作用下高层建筑结构的混合振动控制问题,研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)体系、隔震结构体系、隔震与TMD混合控制体系3种策略对水平与竖向地震共同作用下结构振动响应的减振效果。选取典型的20层钢结构Benchmark结构模型,利用ANSYS软件建立带有TMD和隔震层结构的有限元模型,比较了结构在水平地震单独作用下与水平和竖向地震共同作用下的振动响应。结果表明,水平方向上的振动响应无明显变化;竖直方向上,有控状态下的减振指标相对于无控状态出现了增大现象,尤其是层间隔震结构增大较为明显。研究成果可为高烈度区高层隔震结构设计提供参考。     

输入受限LQ控制的参变量变分原理和算法

在最优控制理论中根据模拟理论思想发展了塑性力学和接触力学中的参变量变分原理, 并建立了控制输入受限的线性二次(linear quadratic, LQ)最优控制问题的求解新方程---耦合的Hamilton正则方程与线性互补方程. 通过将连续时间离散成一系列等间距时间区段, 在离散时域内采用参数二次规划方法给出数值求解输入受限的LQ最优控制问题的新算法. 数值仿真验证了该算法在求解控制输入受限的LQ最优控制问题中的有效性, 并且该算法具有较快的收敛性, 在大步长下具有较高的计算精度.      

基于性能的基础隔震结构地震易损性分析

对基础隔震结构进行基于性能的易损性分析。首先,建立了基础隔震结构基于拟力法的能量方程,提出基于变形和隔震层塑性耗能的损伤指标,定义隔震结构的四个损伤性能状态;然后,对隔震结构进行动力非线性分析,计算得到两种损伤指标的损伤值;最后,对损伤值进行线性统计回归分析,推导出结构发生各级破坏的概率计算公式,从而分别得到隔震结构基于两种损伤指标的易损性曲线。研究表明,基于隔震层塑性耗能的损伤指标更能合理反映该结构的损伤程度,为基于性能的隔震结构易损性分析提供了新的思路和方法。     

回滞非线性结构的瞬态最优控制

本文对一种国滞非线性基础隔振的主从结构模型用瞬态最优控制法进行振动控制研究。利用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ积分格式统一处理最优控制方程，可直接逐步积分求出系统在瞬态最优控制下的最优控制力与系统响应。分别对主从结构无主动控制及有主动控制时的两种情况（包含或不包含ｖｂ反馈）进行计算。结果表明瞬态最优控制可有效地抑制振动。     

结构振动瞬时最优控制的一种时滞补偿算法

 应用最优控制原理，对结构动力响应实时在线控制进行了时滞 补偿. 提出一种基于系统差分方程的瞬时最优控制算法，推导出闭环 状态反馈控制补偿增益矩阵，并讨论了补偿前后系统的稳定性. 仿真 结果表明，此算法有效地补偿了时滞带给结构动力响应的不良影响， 并保证了结构的稳定性.     

连体结构基于时域显式法的瞬时最优控制算法

本文针对受到非平稳地震激励作用下的连体结构提出一种基于时域显式法的瞬时最优控制算法。该算法可以利用有限元模型施加脉冲荷载快速建立受控模型,可以避免系统状态部分可观测的问题,而且可以根据需要单独调控子结构受控效果的优点。一连体高层建筑结构算例用来说明该算法,并将该算法与传统瞬时最优控制算法比较,结果表明本文算法具有良好的控制效果。     

滞回摩擦型调谐惯质阻尼器结构隔震研究

本文研究一种新型非线性阻尼器——滞回摩擦型调谐惯质阻尼器(HFTID)在工程结构抗震控制中的应用。HFTID由调谐惯质阻尼器(TID)和滞回弹簧摩擦元件并联组成。首先通过谐波平衡方法推导了HFTID单自由度系统力与位移的传递率。然后对HFTID进行了最佳调谐参数优化,得到HFTID最优参数的近似表达式,比较了HFTID和TID振动控制系统的减振效果。结果表明,HFTID相比TID可以进一步降低振动控制系统的传递率。最后,以一栋多层隔震结构为例,将HFTID与TID的隔震效果进行了对比,结果表明,HFTID相比TID在降低地震响应峰值和均方根值方面具有更大优势,验证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。HFTID在建筑和桥梁结构抗震、车辆悬挂系统和其他机械隔震问题上具有潜在的应用前景。     

基于状态观测器的带分布参数体系地震响应控制

针对带分布参数体系地震响应控制问题,建立带分布参数体系的运动控制方程,推导出应用于带分布参数体系的序列最优模态控制算法。根据序列最优模态控制算法振动控制时对结构全状态反馈的需要,提出了针对序列最优模态控制算法的全维状态观测器,形成基于全维状态观测器的序列最优模态控制算法,然后通过测量容易测量的结构地震响应,由全维状态观...     

地震激励下参数不确定结构重叠分散保性能控制

对参数不确定结构振动控制方法进行了研究。基于包含原理,采用重叠分散控制策略与保性能控制算法相结合的方法,将高层建筑结构划分成一组子结构,对每一个子结构采用保性能控制方法设计控制器,提出了参数不确定结构重叠分散保性能控制方法,较好地解决了地震激励下参数不确定建筑结构的振动控制问题。以20层Benchmark结构模型为研究对象,采用重叠分散保性能控制策略和集中保性能控制策略进行数值模拟。结果表明,对于结构系统建模存在误差或系统本身存在不确定性的情况,本文提出的重叠分散保性能控制方法均能有效降低结构的地震响应,且能够保证控制系统的可靠性和稳定性。     

地震作用下主-从结构的被动优化控制研究

提出了一种利用主－从结构间的相互作用来减少在地震作用下结构响应的控制方法。该方法通过优化设计主－从结构间的被动耗能单元,最大限度地耗散结构的相对振动能量能减小主、从结构的整体振动水平,或最大限度地吸收主结构的相对振动能量以减小主结构的振动。文章首先导出了在平稳白噪声激励下被动耗能单元优化刚度和阻尼的一般表达式,并分析了不同结构参数对控制效果的影响,比较了在不同的平稳过滤白噪声激励下主－从结构相对位     

FEEDBACK CONTROL OPTIMIZATION FOR SEISMICALLY EXCITED BUILDINGS

A feedback control optimization method of partially observable linear structures via stationary response is proposed and analyzed with linear building structures equipped with control devices and sensors. First, the partially observable control problem of the structure under horizontal ground acceleration excitation is converted into a completely observable control problem. Then the It6 stochastic differential equations of the system are derived based on the stochastic averaging method for quasi-integrable Hamiltonian systems and the stationary solution to the Fokker-Plank-Kolmogorov （FPK） equation associated with the It6 equations is obtained. The performance index in terms of the mean system energy and mean square control force is established and the optimal control force is obtained by minimizing the performance index. Finally, the numerical results for a three-story building structure model under E1 Centro, Hachinohe, Northridge and Kobe earthquake excitations are given to illustrate the application and the effectiveness of the proposed method.     

Identification and Damage Detection in Structures Subjected to Base Excitation

This paper presents an experimental study of different algorithms for the health monitoring of frame structures subjected to base excitation (e.g. earthquake ground motion). These algorithms use only the acceleration time histories of the input and of the response output and are tested for the identification of the dynamic characteristics of the structure (natural frequencies and damping ratios) and for detecting and quantifying any possible structural damage that occurs in the frame. Three algorithms were considered: (1) a frequency domain decomposition algorithm, (2) a time domain Eigensystem Realization Algorithm together with Observer Kalman Identification algorithm, and (3) a subsequent physical parameter identification algorithm (MLK). Through extensive experimental testing of a four-story steel frame model on a uniaxial shake table, the performance of the various methods as well as the inherent complications of physical instrumentation and testing are explored.     

MR阻尼器的状态跳跃控制参数

对MR阻尼器实施状态跳跃控制可以有效地减少结构的地震响应，状态跳跃控制参数对半主动控制效果有很大的影响。本文对状态跳跃控制的相关参数进行了研究。利用两个数值算例，对采用不同类型的控制参数(位移、速度、加速度)、控制参数的大小、输入地震动的大小等相关因素对结构地震响应的控制效果进行了对比，发现采用速度响应作为状态跳跃控制变量对于减少绝对加速度响应是有利的；建议采用试算法确定合适的速度控制参数，通过和LQG控制相联系的方法给出了该控制参数最优值的估算方法。     

Backstepping-based Lyapunov redesign control of hysteretic single degree-of-freedom structural systems

This paper considers the problem of active control design for a hysteretic single-degree-of-freedom (SDOF) structural system which is exposed to an earthquake excitation. First, backstepping-based control is used to design a controller for the structural system neglecting the effect of the earthquake disturbance. Then, Lyapunov redesign is utilized to design a robust controller for the system in the presence of the earthquake excitation. The hysteretic part of the structural system is modeled by the well-known Bouc–Wen equation, and this equation is directly utilized in the controller design. The controller is proposed for two cases: (a) when the parameters of the structure and the Bouc–Wen model are known, and (b) when these parameters are uncertain. A Lyapunov function is introduced for the closed-loop system, which guarantees the stability of the system equilibrium point. Since the controllers use the nominal and/or minimum and maximum values of the system parameters, the proposed methods are model based. Numerical evaluations are conducted to show the effectiveness of the proposed method. Seven different earthquakes are considered as the external excitations. Simulation results show that the displacement, velocity, and acceleration responses of the controlled structure are reduced significantly compared to the uncontrolled structure.     

Active control for seismic response reduction using modal-fuzzy approach

An active modal-fuzzy control method using hydraulic actuators is presented for seismic response reduction. In the proposed control system, a new fuzzy controller designed in the modal space produces the desired active control force. This type controller has all advantages of the fuzzy control algorithm and modal approach. Since it is very difficult to select input variables used in fuzzy controller among numerous state variables in the active fuzzy control system, the presented algorithm adopts the modal control algorithm to be able to consider information of all state variables in civil structures that are usually dominated by first few modes. In other words, all information of the whole structure can be considered in the control algorithm evaluated to reduce seismic responses and it can be efficient for civil structures especially. In addition, the presented algorithm is expected to magnify utility and performance caused by efficiency that the fuzzy algorithm can handle complex model more easily. An active modal-fuzzy control scheme is applied together with a Kalman filter and a low-pass filter to be applicable to real civil structures. A Kalman filter is considered to estimate modal states and a low-pass filter was used to eliminate spillover problem. The results of the numerical simulations for a wide amplitude range of loading conditions and for historic earthquake show that the proposed active modal-fuzzy control system can be beneficial in reducing seismic responses of civil structures.