建筑结构地震响应的MR阻尼器PID半主动控制

根据建筑结构的特点进行了结构上的简化计算,并采用了磁流变(MR)阻尼器的Bingham模型及PID半主动控制算法对建筑结构地震响应进行了半主动控制分析研究,并且与结构被动控制的效果进行了对比,数值结果表明:在EI-centro地震激励作用下,被动控制和半主动控制对结构地震响应的水平位移与速度取得了不同的控制效果;对结构的位移及速度的控制效果,MR半主动控制均明显的优于被动控制。

基于相对适应度遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置

提出基于相对适应度遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置方法,综合考虑多种地震波作用与多个不同优化目标。较标准遗传算法,相对适应度遗传算法基于染色体目标函数值相对大小构造适应度函数能充分体现种群中染色体适应度差异,促进种群的有效进化,获得优化问题的全局最优解。在讨论目标函数加权系数对优化结果影响基础上,对目标函数进行归一化处理,并考虑多种地震波作用。通过用该方法对20层框架结构的粘滞阻尼器布置方案进行优化,数值计算结果证明该方法的有效性及可用性。

基于数字序列编码遗传算法的高层结构黏滞阻尼器优化布置

提出一种基于数字序列编码遗传算法的高层结构黏滞阻尼器优化布置方法,解决了允许各层阻尼器安装数量不同时,二进制编码的标准遗传算法不能完备表达求解空间的问题。数字序列编码用染色体的一个基因位表示一个阻尼器的安装位置,其数值表示该阻尼器的安装层数。在这一编码方案下,优化问题基因型空间中的染色体和表现型空间中的可选布置方案一一对应,编码满足严格的合法性、完备性、Lamarckian性质以及强因果性。与数字序列编码方式相对应,离散重组交叉算子保证了种群的有效进化。此外,基于染色体目标函数值的相对大小构造适应度函数,能够充分体现种群中染色体的适应度差异,加速种群的进化,进而获得优化问题的全局最优解。对多遇地震下20层Benchmark结构的阻尼器布置方案进行了优化,计算结果表明了该方法的有效性。

高层建筑磁流变阻尼器风振半主动控制系统的优化

风振控制是高层建筑结构抗风设计的一项重要内容。本文对磁流变阻尼器半主动控制系统进行了优化设计 ,首先对基于现代控制理论的半主动控制算法进行了讨论 ,通过模拟分析 ,比较了分别基于经典线性最优控制算法和瞬时最优控制算法下控制系统的控制效果 ;其次对控制律的选取进行了研究 ,通过算例分析 ,对分别采用“开 -关”型控制律和改进型控制律时 ,系统的控制效果进行了比较分析。通过选择合适的控制算法和控制律 ,使控制系统达到优化。

混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究

在超高层建筑结构体系中,相对于传统伸臂桁架,新型消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些不可避免的问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度不耗能,在中震下屈服耗能有限;黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器自身最大阻尼力限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。混合控制消能减震伸臂桁架结构综合利用多种消能构件,同时为结构提供足够刚度和附加阻尼,具有更为全面的抗震性能。本文以上海中心为研究背景,研究了混合控制消能减震伸臂桁架结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,同时探讨了黏滞阻尼伸臂桁架与屈曲约束支撑伸臂桁架相对数量变化对结构抗震性能产生的影响。将为消能减震伸臂桁架超高层结构体系的进一步研究和应用提供借鉴。

高层建筑地震反应最优多重TLD控制

本文对高层建筑地震反应进行了最优多重ＴＬＤ（ＭＴＬＤｓ）控制研究。文中阐述了ＴＬＤ系统的工作原理和ＭＴＬＤｓ系统的参数；建立了多层结构－ＭＴＬＤｓ系统耦联体系的运动方程；分析了ＭＴＬＤｓ系统的参数对在谐波作用下多层结构动力反应的影响以及各参数之间的关系；通过数值模拟研究了ＭＴＬＤｓ系统对不同地震激励下高层建筑地震反应的控制效果。最后得出结论：ＭＴＬＤｓ系统是高层建筑地震反应控制的一种有效的、可靠的而且实用的被动控制措施，与单个ＴＬＤ（ＳＴＬＤ）系统相比，具有更好的适用性和可靠性，因而在实际工程中具有广阔的应用前景。

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.

高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究

高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。

利用浅水水箱作为阻尼器的大连国贸大厦减振控制研究

针对一实际工程结构—大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载;在大厦所处的位置进行多次测量,得到实际风速样本,选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本与模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中在大厦顶层设置浅水水箱,将其设计成可减少结构位移及加速度反应的控制装置TLD,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度,并给出了高层建筑水箱减振方案实施的设计建议。数值计算结果表明,该大厦顶部设置TLD减振装置后,能有效地控制结构在风荷载作用下的反应。依据本文的TLD设计步骤,可供类似高层建筑进行TLD减小风振控制分析和设计时参考。

用主动调频质量阻尼器控制高层建筑的风致振动

本文提出了用于高层建筑风振控制的主动调频质量阻尼器（ＡＴＭＤ）设计的一种简单方法。从ＴＭＤ的工作原理出发，在物理意义上显式定义主动控制力的构成，基于结构的ＳＤＯＦ模型和广义脉动风力的高斯白噪声假定，在频域内以最小化结构顶层位移方差为设计目标，对控制力增益进行参数优化，得出控制力增益的封闭解。文中提出了以维持ＴＭＤ行程恒定为目标进行参数选择的设计方案。一超高层建筑作为算例给出，数值分析表明，所设计的ＡＴＭＤ能有效地抑制高层建筑的风振响应。

大连国贸大厦高层水箱风振控制研究及应用

本文针对一实际工程结构———大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载。在大厦所处位置进行多次测量,得到实际风速样本。选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本和模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中将大厦顶层的生活水箱设计成可减小结构位移及加速度反应的控制装置TLD(tuned liqu id damper),根据不同工况进行数值计算,选出最佳方案,设计出可实际应用、并达到一定减振效果的减振水箱,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度。

地震作用下高层结构分布式多重调谐质量阻尼器振动控制研究

针对地震作用下高层结构振动调谐质量阻尼器(TMD)被动控制问题,基于沿结构高度分布多个阻尼器的策略,研究分布式多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略并应用于高层结构振动控制中。采用ANSYS软件对20层钢框架结构Benchmark模型建立有限元模型并进行模态分析,依据振型幅值确定多个阻尼器的楼层位置分布。将DMTMD控制策略的有效性和鲁棒性分别与仅在结构顶层安置阻尼器的单个调谐质量阻尼器(STMD)和多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制策略进行比对。结果表明:DMTMD能有效地抑制结构地震反应,其控制效果与MTMD相近,且明显优于STMD。在考虑模型结构刚度不确定性的鲁棒性分析中,DMTMD的控制效果仍明显优于STMD和MTMD两种控制方案。

安装智能摩擦阻尼器的高层建筑结构振动控制一般算法

基于二次型控制目标函数的最优控制理论,从目标函数的泛函变分出发,用序列最优算法对目标函数进行求解,得到摩擦阻尼器最优正压力系数表达式,依此可以计算出比较精确的正压力数值解,并根据智能摩擦阻尼器的出力饱和与防止阻尼器锁死两种情况对正压力进行修正.算例表明这一算法对摩擦阻尼器的控制是有效的,可以发挥摩擦阻尼器的摩擦耗能功能,结构的层间位移和层间相对速度的峰值比未安装阻尼器时的地震响应峰值均得到明显降低.

基于GA优化理论的高层结构风振控制研究

高层结构风振控制的优化分析技术是结构风工程中一个至今尚未得到合理有效解决的重要问题之一。针对高层结构的风致振动问题,采用减振控制技术,引入遗传算法(Genetic Algorithms,简称GA)理论对其进行参数优化分析。以结构优化中的遗传算法理论为基础,采用结构风效应的频域分析法建立6种不同的GA目标函数,编制相应的优化分析程序,通过算例对比分析不同目标函数下阻尼分布的优化效果。研究表明GA优化理论能依据结构的具体动力响应在结构层间合理分配阻尼系数,充分发挥阻尼器的耗能性能,且在总黏滞阻尼系数相同的情况下,可减小结构最大层间侧移和顶层加速度响应的最大幅度分别为27.6%和30.1%,证明了所提优化理论对结构风振控制优化分析的可行性和有效性,因而具有一定的理论和实用参考价值。

半柔性悬挂减振结构振动台试验研究

通过对设置黏滞流体阻尼器的半柔性悬挂结构进行地震模拟振动台试验,分析了主结构与悬挂楼面的质量比、连接方式、阻尼器的分布和层间斜撑对悬挂结构动力特性和响应的影响。试验结果表明:采用阻尼器连接主结构和悬挂楼面,可改变结构频率和振型阻尼比;当悬挂楼层侧向刚度较小时,结构振型表现为柔性层与悬挂楼面的耦合剪切变形;当增设斜撑后,结构第一振型为柔性层的层间变形;阻尼器连接时模型的主结构地震响应小于刚性连接的普通悬挂结构,通过增设斜撑可进一步提高减振效果;与自由悬挂结构相比,采用阻尼器连接的悬挂减振结构能够较好地抑制悬挂楼面相对于主结构的位移和悬挂楼面的层间位移;设置斜撑后,能够进一步减小悬挂楼面的层间位移,同时弱化了阻尼器不均匀对减振效果的影响。

高层建筑风振反应的T-S模糊控制

研究了高层建筑在顺风向脉动风荷载激励下T—S模糊控制问题。受控结构为拟建于澳大利亚Melbourne的一幢钢筋混凝土结构办公楼,高306米,总共76层,控制设备为安装于结构最顶层的主动调谐质量阻尼器,主动控制力由T-S型模糊控制器求得。选取LQG控制的仿真结果为T-S模糊控制器的学习样本,采用减法聚类法和混合学习算法对T-S模型进行结构与参数辨识,通过改变结构刚度来检验模糊控制器的鲁棒性。仿真结果表明:T-S模糊控制器鲁棒性好,控制效果能够满足高层建筑风振舒适度的要求;与Mamdani型控制器相比,在线计算时间短,无计算时滞问题。

基于遗传算法的不规则高层结构新型电磁惯性质量阻尼器优化布置研究

为了解决应用新型电磁惯性质量阻尼器于偏心高层结构控震工程中的优化布置问题,提出一种基于遗传算法的优化配置策略。首先建立地震动作用下新型电磁惯性质量阻尼器(electromagnetic inertial mass dampers,EIMD)偏心高层结构的动力学方程,其次选取合适的适应度函数并基于遗传算法得到EIMD最优配置数量及集成位置信息,最后提出一种可行的半主动控制策略对优化的结构进行控震分析。以一个24层实体不规则高层结构为例,仿真分析结果表明优化配置后的EIMD对结构的控震效果明显优于随机布置。

基于地震动特性的悬挂减振结构性能

分析了一栋已建悬挂建筑在不同地震动输入下的结构响应规律.首先,根据其特点,建立了相应的数值分析模型.其次,在3组远断层地震波和3组近断层地震波输入下,分析了地震动特性对悬挂结构减振效果的影响;最后,给出了阻尼器分布对减振效果的影响.分析结果表明:在远断层和近断层地震波作用下,存在最优的阻尼系数使得筒体的动力响应最小.虽然地震波频谱特性不同,但优化得到的最优阻尼系数差别不大.在近断层地震波作用下,主结构的动力响应较大,且减振效果相对较差.阻尼器连接悬挂楼面和主结构筒体时,能够较好地约束悬挂楼面的层间位移和相对于筒体的位移.近断层地震波作用下悬挂楼面的层间位移和相对于筒体位移比远断层地震波作用下大得多.当阻尼器的总量一定时,按三角形或悬挂楼面的基本振型布置阻尼器比均匀分布能取得更好的减振效果,且能够更好地抑制悬挂楼面的位移.

西安某科研楼顶钢结构塔楼风振控制的研究

以西安长庆石油勘探局科研楼钢结构塔楼工程为背景 ,建立了高楼屋顶上钢结构塔楼的三维空间有限元静力模型和二维串联多自由度的动力模型。讨论了高楼上高塔的振动特性以及安装粘滞性阻尼器对屋顶钢塔风响应的振动控制。研究表明 。

高层建筑顶部幕墙结构的风振控制研究

考虑主体结构与顶部幕墙结构的相互作用,采用主体结构层模型—顶部幕墙结构杆系模型分析结构的风效应和顶部幕墙的风振鞭梢效应,应用增设内置式粘弹性阻尼器支撑的控制方法来减小顶部幕墙的风振响应。通过对一栋42层的高层建筑的计算分析表明:采用内置式粘弹性阻尼器支撑后,大大地降低顶部幕墙结构的风振位移,为防止顶部玻璃幕墙的掉落增加可靠性。