主动调频液柱阻尼器基于遗传算法的LQR控制优化设计

ATLCD由调频液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper,TLCD)发展而来,在TLCD液柱端部连接气压控制箱,通过引入控制气压对结构实施主动控制。采用被动TLCD优化设计方法设计阻尼比及频率比,采用LQR算法确定ATLCD系统的主动控制力,并对LQR算法中权矩阵采用遗传算法进行优化。以一五层钢框架结构为例,顶层装ATLCD用LQR算法进行主动控制,加载El-Centro地震波进行时程响应分析,比较无控结构及被、主动控制结构的时程响应结果表明,采用ATLCD的减振效果明显优于采用被动装置。

非对称结构调频液柱阻尼器空间位置优化研究

调频液柱阻尼器(tuned liquid column damper,TLCD)是减振被动控制中一种十分有效的结构减震装置。耗能减震结构设计的关键之一,在于合理选取阻尼器的数目和位置。偏心放置的U/V型调频液柱阻尼器能有效地减小地震作用下非对称结构以平移为主的扭转耦联反应。本文对该阻尼器在非对称结构楼面空间的优化设置进行了系统的研究,并提出了以模态速度瞬心和GADS遗传算法与直接搜索工具箱来进行优化的方法。以单层和4层非对称结构为例进行数值分析,证明了这两种方法的有效性与可靠性。

框架结构采用调频液柱阻尼器的设计方法研究

调频液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper,TLCD)是一种有效的被动耗能减振装置。对该阻尼器在框架结构中的设计方法进行研究,先从结构的运动特性得到阻尼器的优化位置,从阻尼器运动方程出发分析了几何尺寸,然后对比TLCD-结构与TMD-结构得到阻尼器参数优化的简易方法,最后给出TLCD的设计流程。通过对一30层非对称框架结构进行模拟,验证了理论设计方法的合理性。

扭转调频气压液柱阻尼器对非对称建筑的振动控制

非对称结构在地震和强风作用下会产生平移-扭转耦联振动,当速度中心位于平面内时,将调频气压液柱阻尼器(tuned liquid column gas damper,TLCGD)的水平管道设计成封闭的区域包含该速度中心,这种新型的阻尼器称为扭转调频气压液柱阻尼器(torsional tuned liquid column gas damper,TTLCGD)。对于控制对称结构纯扭转振动,该装置同样适合。由广义Bernoulli方程推导出管道中的液体在地震作用下的运动方程并等价线性化。通过振型优化Den Hartog公式得到阻尼器的最优参数(阻尼比和调谐频率比),考虑邻近多个振型的相互影响,状态空间优化使得结果更为合理。用1个3层的偏心结构作为算例,进行优化计算。数值结果表明,这种优化方法得到的参数使得扭转调频气压阻尼器对结构的平移-扭转反应起到较好的减振效果。

调谐液柱阻尼器的阻尼性能研究

用Bernoulli方程建立调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper,TLCD)的运动方程,得到非线性阻尼项,并采用能量等效原则得到等效线性阻尼。通过对TLCD运动方程中的非线性阻尼项和等效线性化分别进行模拟,分析结构振动响应的影响。用一47层高层结构作为算例,结果表明考虑非线性阻尼的TLCD的减振效果略优于等价线性化的TLCD。

调频气压液柱阻尼器减振控制研究

调频气压液柱阻尼器(TLCGD)是一种从调频液柱阻尼器发展而来的新型而有效的结构减震装置。在U/V形阻尼器液柱上加上封闭式气压不仅增加了它的使用范围,使频率扩大到5Hz,并且提高了结构的有效阻尼。通过该装置在高层建筑和桥梁上的运用,U/V形调频气压液柱阻尼器能有效地控制水平为主的结构动力反应,而扭转调频气压液柱阻尼器(torsional tuned liquid column gas damper,TTLCGD)是一种能控制结构扭转为主的阻尼器。

偏心框架结构采用扭转调谐液柱阻尼器的设计方法

扭转调谐液柱阻尼器(torsional tuned liquid column damper,TTLCD)是一种有效的扭转振动控制装置.本文对该阻尼器在偏心框架结构中的设计方法进行研究,针对不同的倾斜管道投影点和倾斜角,建立了三种形式的扭转调谐液柱阻尼器在地震作用下的运动方程和控制力方程,给出TTLCD参数优化的具体公式,其方法为对比扭转调谐液柱阻尼器-偏心结构和扭转调频质量阻尼器(torsional tuned mass damper,TTMD)-偏心结构,将两控制系统转化,利用Den Hartog或Ikeda给出的调频质量阻尼器(tuned liquid mass damper,TMD)参数优化公式来实现TTLCD参数优化,最后给出TTLCD的设计流程.通过对一个四层偏心框架结构进行模拟,验证了理论设计方法的合理性.

超高层建筑结构组合调谐风振控制系统

为充分利用调谐液体阻尼器(TLCD)的经济性和调谐质量阻尼器(TMD)的高效性,提出一种TLCD与TMD相结合的组合调谐阻尼器(CTD),从理论上说明CTD的合理性,推导其运动方程,引入协同损失因子评价其减振性能,并与TLCD和TMD的减振效果进行对比分析.研究表明:CTD不同参数配置时,协同损失因子不同,可达35%;相同参数配置下,CTD减振效果介于TMD和TLCD之间.综合经济和效率因素,CTD是一种很有竞争力的减振手段,具有广阔的工程应用前景.

考虑装置失效的高层建筑舒适度生命周期设计

鉴于个体对风致振动反应的不确定性及差异性,结合日本的AIJ(Aruitectural Institute of Japan,简称AIJ)标准,建立评价高层建筑风振舒适度性能水平的感振率模型,对基于可靠度理论的生命周期费用模型进行修正,并在模型中考虑了风振控制装置失效对结构舒适度性能的影响。利用修正模型对高层建筑调频质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)、调频液柱阻尼器(tuned liguid column damper,简称TLCD)以及组合调谐阻尼器(combined tuned damper,简称CTD)安装与否进行投资决策。研究表明:考虑振动装置失效时结构1年内的感振率可达到不考虑装置失效时的1.4~3倍;基于修正模型进行各阻尼器方案比选时,CTD的减振效率和生命周期费用都介于TMD和TLCD之间,是个很有竞争力的选择。

TLCD-基础隔震框架结构的减振控制研究

为了避免和减轻由过大隔震层位移引起的损害,对基础隔震框架结构装设调频液柱阻尼器(tuned liquid column damper,简称TLCD)后混合系统的减振效果进行研究。建立了单层和多层混合控制系统在地震作用下的运动方程,采用TLCD-结构体系转化为调频质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)-结构体系的等效方法,利用TMD参数优化公式,得到单个TLCD初始设计参数,并采用状态空间方程得到多个TLCD最优设计参数。通过对某8层基础隔震结构进行模拟,证明了该理论设计方法的合理性。该混合结构不仅可以减小隔震层位移和加速度,而且对上部结构位移和加速度反应都能更有效的控制。

非对称结构振动控制系统TLCGD的优化设计

调频气压液柱阻尼器(tuned liquid column gas damper,TLCGD)是一种从调频液柱阻尼器发展而来的新型而有效的结构减震装置。在U/V形阻尼器液柱上加上封闭式气压不仅增加了它的使用范围,使频率扩大到5Hz,并且提高了结构的有效阻尼。由广义Bernoulli方程推导出液体在管道中的运动方程并等价线性化。本文分析了非对称结构平移-扭转耦联振动的动力特性。当结构在地震和强风作用下发生以平移为主的动力反应,该阻尼器的最佳位置使到速度中心的距离最大。通过振型优化,Den Hartog公式得到阻尼器的最优参数(阻尼比和调谐频率比),考虑邻近多个振型的相互影响,状态空间优化使得结果更为合理。用1个3层的偏心结构作为算例,进行优化计算。数值结果表明,这种优化方法得到的参数使得调频气压阻尼器对结构的平动-扭转反应起到较好的减振效果。

TLCD-偏心基础隔震结构减振控制

为了减小隔震层和上部结构偏心造成的结构扭转破坏,本文对偏心基础隔震结构和调频液柱阻尼器(TLCD)相结合的混合系统进行了研究,采用分部计算方法,分别先建立单层和多层上部结构、隔震层、TLCD运动方程,再建立基础隔震结构方程,得到TLCD–基础隔震结构耦联方程。根据偏心基础隔震结构动力特性合理放置TLCD,利用偏心结构TLCD转化TMD方法初步设计单个TLCD频率和阻尼比,并采用状态空间方程优化多个TLCD参数。编写MATLAB软件对比偏心基础隔震与偏心结构混合控制系统动力响应。通过对某三层偏心基础隔震结构进行数值模拟,四条地震波作用下对偏心隔震结构、TLCD–偏心隔震结构进行了时程分析,得出TLCD–隔震结构比隔震结构能更好地控制各层平移–扭转耦联响应。