巨-子型控制结构体系风振的半主动控制研究

研究了利用磁流变阻尼器对巨-子型控制结构体系风振反应进行半主动控制的分析方法,建立了随机脉动风荷载下结构体系的振动控制方程,利用随机振动理论对脉动风荷载进行了计算机模拟,并采用基于经典最优控制理论的限界Hrovat最优半主动控制算法对结构体系风振反应的控制进行了研究.算例分析表明:采用磁流变阻尼器对巨-子型控制结构体系进行半主动控制后,主结构顶层的位移和加速度控制的减振率VAR分别为29.65%和68.09%,第2个子结构和第3个子结构顶层加速度控制的减振率VAR分别为40.18%和70.05%,有效地减小了结构体系的风振反应.

巨-子型控制结构体系在竖向地震作用下的反应分析

分析了竖向地震作用下巨-子型控制结构体系MSCSS(Mega_sub controlled structural system)的反应机理,提出了带附加柱的MSCSS.采用串并联质点系计算模型,对带附加柱与不带附加柱MSCSS进行了时程对比分析,计算结果表明:带附加柱与不带附加柱MSCSS相比,带附加柱MSCSS不仅可以在结构上解决巨型梁的大跨度问题,而且在竖向地震下具有较好的控制效果.基于随机振动复模态理论,采用非平稳地震动模型,进一步探讨了带附加柱MSCSS的子结构层数和巨(型)梁刚度等参数对结构反应的影响,研究表明子结构层数和巨(型)梁刚度等参数对带附加柱MSCSS巨型梁的位移和加速度响应的影响均十分显著.

附加柱对巨-子型控制结构体系的影响

针对巨型梁的大跨度问题,在巨-子型控制结构体系中设置附加柱,形成一种新的巨-子型控制结构体系。建立该结构体系在脉动风作用下的振动方程,基于随机振动的复模态理论,推导位移和加速度响应谱及均方响应的表达式。并通过一数值算例,讨论了附加柱刚度变化对主结构和子结构产生的影响。

脉动风载作用下巨-子型控制结构体系中耗能阻尼器的应用

基于随机振动复模态分析理论,计算提出了巨-子型控制结构体系在随机风载作用下,结构反应与附加粘滞阻尼器阻尼值的关系;利用搜索的方法,寻找出最优的附加阻尼值;研究分析的结果表明,新型的巨-子型控制结构体系在合理安装附加粘滞阻尼器后,减振效果非常理想。

巨-子型有控结构体系在地震激励下的响应控制特性

为研究巨-子型有控结构体系MSCSS(Mega-Sub Controlled Structural System)在地震作用下的响应特性,建立了MSCSS在随机地震激励下的动力方程,推导了结构响应计算表达式,对MSCSS在随机平稳及非平稳地震激励下的响应控制特性分别进行了对比计算研究,讨论了相对结构参数,如主子结构质量比、相对刚度比对MSCSS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,MSCSS在控制位移、加速度响应方面具有显著效果.

半主动控制下巨-子型有控结构的风振控制参数特性研究

对巨-子型有控结构在顺风向随机风载激励下的半主动控制响应特性进行了时程分析研究,讨论了在半主动控制下主子结构相对刚度比、相对质量比和附加柱刚度比参数的变化对结构响应的控制效果的影响。研究表明该新型结构采用半主动控制后能获得很好的控制效果,子结构的刚度和质量、附加柱刚度改变对结构的响应非常敏感,选取不同的参数会得到不同的控制效果,给出了合适的参数选取范围。

基于模态控制的巨-子型有控结构的风振主动控制研究

基于模态控制,提出了抑制新型巨-子型有控结构风振响应的主动控制方法,推导并建立了其控制方程,计算了控制全部模态和部分模态时的结构反应及控制力,并与无控状态及采用LQR算法时进行了对比分析。结果表明该新型结构采用主动模态控制后能够有效地减小结构的位移和加速度响应,因此实际设计控制器时,可以对巨-子型有控结构的响应进行模态控制,从而可以有效地控制结构响应并使结构分析的自由度数目减少。

巨-子型结构体系参数变量研究

本文探讨了巨-子型结构体系的工作原理。以某结构方案为例,采用有限元分析软件对巨-子型结构体系建立了空间相互作用模式下的杆系模型,研究了子结构与主结构的刚度比、子结构与主结构的主频率比对该结构体系控制性能的影响。结果表明:通过合理选择子结构的结构参数,可以较好地控制主结构和子结构在地震作用下的位移和加速度响应。通过对结构进行优化设计,最大限度地挖掘该结构体系的控制效果,为工程实际应用提供可靠的理论基础。

巨-子型有控结构风振主动控制的作动器位置影响研究

基于线性二次型性能指标极小的最优控制设计,推导并建立了巨-子型有控结构(MSCS)在随机脉动风载作用下的主动控制方程,对作动器位置对结构响应和控制力的影响进行了时程分析。研究的结果表明通过改变作动器在巨-子型有控结构中的设置位置可以有效的提高主动控制的效果,对MSCS进行主动控制时应合理设置作动器位置。

巨-子型有控结构体系中附加阻尼器布置方案研究

利用有限元软件sap2000建立了三巨层的巨-子型有控结构体系(MSCSS)有限元模型,并沿调频子结构高度方向的不同位置分别布置了附加黏滞阻尼器,对MSCSS进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,通过与巨型框架结构(MF)的对比,研究了不同工况下MSCSS的响应控制率、塑性铰分布规律和附加阻尼器的工作效率。结果表明:附加阻尼器的位置布置差异对MSCSS的动力特性有较大的影响,将附加阻尼器布置于调频子结构中部两层与两侧巨型柱之间时结构的动力响应控制效果最佳,且塑性铰的分布也更加合理;同时,采用这种布置方案的附加阻尼器耗能能力较强,阻尼器的工作效率也较高。

巨-子型有控结构体系的抗震动力可靠度结构优化研究

利用地震作用下巨-子型有控结构的动力响应特性,基于复模态理论,推导了在随机地震激励下的均方响应表达式;采用变形准则定义了巨-子型有控结构的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法。通过一个巨-子型有控结构计算实例,证明此方法计算简单,易于工程应用。结果表明:附加柱是结构的薄弱层,通过结构参数优化和对附加柱进行改进后,结构失效概率显著减小。

巨-子型有控结构体系的可靠度分析及其优化

采用首次超越破坏机制,定义结构层间位移为极限状态控制指标,确定了基于概率密度演化方法的巨-子型有控结构体系的抗震动力可靠度的计算方法;基于可靠度并结合"等可靠度准则"对其进行优化。编制SAP2000与MATLAB接口程序将SAP2000中的分析结果带入到MATLAB中进行概率密度演化分析。结果表明:巨-子型有控结构在弹塑性阶段依然有很好的响应控制效果;巨–子型有控结构比巨型框架结构具有更高的抗震可靠度;经过优化后MSCSS的响应控制能力及可靠度都得到了显著提高。

附加阻尼对巨—子型有控结构的振动控制特性分析

建立随机脉动风载下巨—子型有控结构(meg-sub-controlled structure,MSCS)的动力方程;基于复模态理论,推导MSCS在随机风载激励下的协方差函数、位移及加速度响应功率谱和均方响应表达式;讨论附加阻尼对MSCS振动控制特性的影响。计算结果表明,巨—子型有控结构的振动控制效果对附加阻尼非常敏感,随附加阻尼取值的变化形成三个不同的控制机理区域;选取合适的附加阻尼,可以改善结构的控制效果,给出合理的参数选取范围。其控制特性分析可为该新型结构的振动控制、抗风分析和结构设计提供依据。

巨-子型有控结构在脉动风载作用下的时程分析

为进一步对巨-子型有控结构的动力特性进行分析,采用AR模型方法,首先对考虑空间相关性影响的水平脉动风速作了模拟。为弥补频域分析的缺陷,采用时程分析法求解巨-子型有控结构的风振响应,结果表明:巨-子型有控结构是一种有效的结构形式,与一般巨型框架结构相比能显著降低结构的风振响应,具有极大的工程应用前景。

水平地震作用下巨-子型有控结构的动力响应研究

针对巨-子型有控结构存在的因子结构加速度过大及位移过大可能会造成主、子结构碰撞的问题,本文设置了一种实际的粘滞阻尼器,分析水平地震作用下其对巨-子型有控结构动力响应的控制效果,通过改变粘滞阻尼器的安装位置,进一步讨论了粘滞阻尼器安装位置对其控制效果的影响,研究表明:粘滞阻尼器的设置不会影响子结构的调频作用,且能改善巨-子型有控结构的控制效果,减小主结构位移、子结构加速度响应,其在结构中的安装位置对控制效果影响显著。

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一子型有控结构体系PMSCSS（Passive Mega-SubControlled 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。

子结构质量对MSCS的控制效果分析

建立了随机脉动风载下巨-子型有控结构(MSCS)的动力方程;基于复模态理论,推导了MSCS在随机风载激励下的协方差函数、位移及加速度响应功率谱和均方响应表达式;讨论了子结构质量对MSCS控制效果的影响。

地震作用下新结构体系中阻尼器研究

对巨-子型有控结构体系进行了随机振动谱及时程分析,显示出了这种新结构体系具有优良的抗震性能;在结构反应敏感部位合理安装耗能阻尼器后,子结构的调频优势不会削弱,阻尼器的耗能作用充分体现,所以结构反应可以进一步降低;针对这种新结构体系,建议了一种简单、易于工程实现、减震效果明显、且不改变结构自振频率的阻尼器———粘滞阻尼器。

基于LQR算法的巨-子型有控结构的主动控制研究

基于线性二次型(LQR)性能指标极小的最优控制设计,对巨-子型有控结构在随机风载激励下的主动控制响应特性进行了时程分析研究,推导并建立其控制方程,讨论了主动控制下控制参数的变化和时滞对结构响应的控制效果、控制力及动力特性的影响规律。研究表明:该新型结构采用主动控制后能获得很好的控制效果,权矩阵的选取对结构的响应非常重要,时滞会降低结构的主动控制效果。

支撑柱刚度对新型有控结构的风振响应研究

针对一种带附加支撑柱的新型巨-子型有控结构(MSCS),建立了随机脉动风载下的动力方程,基于复模态理论,推导了MSCS在随机风载激励下的协方差函数、位移及加速度均方响应表达式;通过频域分析,讨论了附加支撑柱刚度比对MSCS风振响应的影响规律及其机理,对结构时域内的风振分析验证了频域分析的结论。研究结果表明:在子结构顶层和巨型梁结构层之间设置支撑柱,不仅能解决巨型梁的大跨度问题,而且能减小子结构的位移和主、子结构的加速度响应,当附加柱刚度大于一定值时,结构响应变化不大。工程设计时应综合考虑控制效果和安全性,选择合适的附加支撑柱刚度比。