加载速率对速度控制型实时子结构拟动力实验结果的影响

运用DSP高速数字信号处理器的实时信号处理与控制技术,研究基于速度控制法、Operator Splitting(OS)数值积分法和相应的实验误差控制法的实时子结构拟动力实验系统.该试验控制系统对试验动力加载装置采用速度控制,通过速度控制程序实现了减少加载速率对实验结果的影响,使橡胶隔震支座的速度相关性能在试验过程中得到充分体现,同时也有效地减少了实验的时滞误差;并进一步通过实时子结构拟动力试验研究加载速度对桥梁实时子结构实验结果的影响.实验结果证明,橡胶隔震支座是速度相关性很强的实验构件,不同时间因子的地震波拟动力子结构试验结果有很大的不同.实时地震波拟动力子结构试验的实验结果比时间因子为0.2和0.5的实验结果小.

速度控制型实时子结构实验系统

主要研究基于速度控制法的实时子结构实验系统.与传统的基于位移控制的实时子结构实验系统相比,本实验系统运用高速数字信号处理器,对信号实时采集、传输、逻辑判断与控制,使控制与计算程序简洁化,有效减少了时滞误差;同时,在实验系统中运用OS(operator splitting)数值积分法及相应的实验误差校正法,控制加载装置的速度;在实验系统中充分考虑隔震橡胶支座的速度相关性,可详细地研究橡胶隔震支座对桥梁结构的隔震效果.

基于速度控制型子结构实验的橡胶隔震支座性能研究

主要研究基于速度控制法的实时子结构实验控制系统,并通过该系统完成橡胶隔震支座对桥梁结构隔震效果的实验研究。在本实验系统中,运用高速数字信号处理器(DSP)对A/D、D/A进行信号的实时采集、传输与控制,使控制与计算程序简洁化、实验过程连续,有效地减少了时滞误差;而基于速度的控制又尽可能地反映出新型高阻尼橡胶隔震支座的速度相关性,提高了实验精度;同时在实验系统中采用Operator splitting(OS)数值积分法,使分析程序的稳定性,不再受到时间步长的限制。

相邻结构间被动控制装置的位置优化设计

为了解决确定数目条件下被动控制装置在相邻结构间的优化布置问题,利用改进遗传算法和控制系统H2性能指标对控制装置的位置进行了优化。分别采用Kelvin模型和Maxwell模型模拟黏弹性阻尼器和流体阻尼器,在双体单自由度结构间设立Kelvin型或Maxwell型被动控制单元的优化参数表达式,得到相邻高耸结构间控制单元的优化参数,通过相邻超高层结构算例验证了该控制设计方案的有效性和实用性。

利用主从结构相互作用的被动控制研究

本文简明概述了利用主从结构相互作用进行结构控制的背景和意义,对国内外利用主从结构耗能减振控制的理论与试验研究及工程应用进展进行了综述。

两相邻结构地震动响应被动优化控制研究

采用在双体单自由度结构间设立K e lv in型被动控制单元的最优参数表达式,并基于等效双体单自由度体系求得了相邻多层剪切型结构间控制器最优参数。利用列举法并基于二次型性能指标值(LQR)确定了控制器优化布置位置,讨论了布置控制器后对结构地震响应的影响以及对结构动力特性的影响,通过数值分析证实了采用等效双体单自由度体系代替相邻多自由度结构体系的正确性,表明了这种被动控制方法能够非常有效地减小在地震作用下相邻结构的地震响应。

输电塔-线体系的舞动及风振控制

输电塔-线体系具有高柔特点,风振作用显著,为了研究输电塔-线体系的舞动机理和优化输电塔风振控制方案,基于ANSYS建立了输电塔-导地线-绝缘串的塔线耦合体系非线性有限元模型,提出了采用重启动技术进行覆冰导线的水平、竖向、扭转3方向舞动和输电塔风振分析的方法;编制了风速场模拟程序,进行了输电塔-线耦合体系的舞动及风振仿真;同时进行了4种铅芯橡胶阻尼器布置方案对输电塔振动控制计算。通过计算分析得到了输电塔-线体系的3方向舞动的振幅和输电塔的内力响应,对输电塔的铅芯橡胶阻尼器布置方案进行了优化。结果表明,输电塔-线体系在风振作用下塔线耦合作用显著,塔-线耦合体系优于简化模型以及铅芯橡胶阻尼器对输电塔-线体系风振有良好的控制效果并且安装在塔身上半部分效果显著。

基于子结构的有限元模型修正方法

提出了一种基于子结构的有限元模型修正方法。该方法将整体结构有限元模型划分为多个子结构模型,求解独立子结构的主模态特征解和特征灵敏度;通过位移协调条件和能量方程,约束相邻独立子结构,得到整体结构的特征解和特征灵敏度;并以整体结构模态和结构试验模态的残差为目标函数,通过调整子结构单元参数,完成有限元模型修正。当结构局部参数发生变化,通过分析某一个或几个子结构即可求解整体结构特征解和特征灵敏度,而不需要分析其他未发生变化的子结构。由于子结构模型尺寸远小于整体结构,该方法能够极大地提高有限元模型修正方法的精度和效率。

基于负刚度原理的结构减震效果理论分析

在分析普通振动控制系统特点的基础上提出基于负刚度原理减震系统和负刚度阻尼装置的两种实现思路,并详细分析附加负刚度阻尼装置可以显著提高结构的减震效果。首先,利用结构附加刚度比率和附加阻尼比之比作为控制参数,通过理论推导单自由度正、负刚度减震体系的动力放大系数和传导比,讨论控制参数对二者的影响;然后,采用有限单元法分析正、负刚度减震体系结构的地震动力反应,通过结构的自振频率和位移、速度、加速度以及柱底剪力反应的分析,说明负刚度振动控制系统可以减少上部结构绝对加速度。分析表明,负刚度阻尼装置的负刚度可部分抵消原结构的正刚度,降低了结构的自振频率,提高结构阻尼,较大幅度地减少上部结构的动力响应,具有更好的减震性能。

输电塔-线体系舞动仿真及控制研究

舞动是输电线高频低幅的自激振动,基于ANSYS建立了输电塔-导地线-绝缘串的塔线耦合体系非线性有限元模型,提出了采用重启动技术进行覆冰导线的水平、竖向、扭转三方向舞动分析,并通过经典算例验证了此新方法的可行性;进行不同风速工况下输电塔-线耦合体系的舞动仿真,得到了体系舞动振幅和输电塔动力响应。同时针对典型工况,进行了相间间隔棒及多点压重防舞措施的舞动控制分析,并对不同布置方案的舞动控制效果进行了比较,确定了有效舞动控制方案。

噪声影响下基于改进损伤识别因子和遗传算法的结构损伤识别

提出一种考虑噪声影响基于改进损伤识别因子和遗传算法的结构损伤识别方法。介绍结构损伤识别的参数化思想,并提出一种考虑不同模态信息和权重系数的损伤识别因子。在选择算子、交叉算子、变异算子以及自适应交叉和变异等方面对遗传算法进行改进,并在无噪声情况下,对一简支梁和连续梁进行了损伤识别,识别效果非常好,验证了方法的正确性和有效性。分别考虑随机噪声和高斯白噪声对简支梁进行损伤识别,发现该方法在噪声水平不很高情况下,识别效果很好。最后,在一钢框架基准有限元模型基础上,考虑四种损伤工况进行损伤识别,识别结果较好,该方法能够很好地应用于结构的损伤识别和健康监测。

基于压电阻抗技术的结构损伤识别基本理论及其应用

结构材料早期的微小损伤若未及时发现,会不断改变结构的强度与刚度,引发结构的累计损伤,从而导致结构的突发性失效,因此,及时准确地识别结构材料早期微弱和潜在的损伤具有重要的理论与应用价值。观察结构内部真实裂纹的产生、传播以及确定内部任意位置的微观应力场一直是土木工程领域一个难题。论文利用压电陶瓷电机耦合阻抗(PZT)对结构微小损伤敏感、对外界环境影响免疫力强等特点,研究基于PZT监测信号的混凝土/钢结构微损伤的识别技术,为混凝土/钢结构健康评估提供准确与可靠的依据。介绍了作者所在课题组在利用PZT阻抗方法进行混凝土/钢结构微损伤识别方面的主要研究成果,并指出了该领域存在的困难和需要解决的主要问题。

未知激励下框架结构系统辨识的特征系统实现算法

在激励未知的情况下,基于试验加速度数据,对某三层框架进行了结构系统参数的辨识。引入了特征系统实现算法,在实验室条件下,基于模拟环境激励的框架结构的自由振动加速度响应,生成了Hankel矩阵,计算了相应的互相关函数;运用奇异值分解求得了系统的特征值,通过计算指标MAC、EMAC、MPC、CMI,剔除了系统的虚假模态,得到了结构的相应频率与阻尼,与实测数据以及有限元计算结果的比较分析表明,未知激励下,特征实现算法能较准确地对结构的动力参数进行辨识。

基于动能密度的结构损伤识别

提出改进的动能密度指标损伤识别法,基于加速度测试数据,直接在时域内进行损伤识别。首先从理论上分析了动能密度指标,介绍了基于该指标建立的损伤识别方法;接着指出了该方法存在的问题,并详细分析了原因;然后针对这些问题,采用基线修正技术及小波包变换方法对该方法进行改进;最后将改进后的动能密度指标识别法用于一连续梁数值模型和一钢框架动力试验的损伤识别,结果表明该方法能够有效识别损伤位置,大概反映损伤程度;并且无需完备的模态信息,能克服激励的影响,具有良好噪声鲁棒性,适用于多种结构的损伤识别。因此,可以预见该方法具有较大的工程实用价值。

大跨越输电线路脱冰跳跃反应的控制研究

输电线路的覆冰及其引起的各类冰害事故严重危害了我国电力系统的安全运行。以晋东南-南阳-荆门1000kV大跨越输电线路为工程背景,采用非线性时程分析法,计算分析了四种工况下的输电线路的脱冰跳跃问题,并采用六种双层粘弹铅芯阻尼器布置方案对其进行了控制研究。分析结果表明,输电线路的脱冰跳跃问题不容忽视,粘弹铅芯阻尼器对其具有较好的减震效果。

基于特征正交分解的梁结构损伤识别

介绍了特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)的相关理论和一种基于特征正交分解的结构损伤识别方法的基本原理,并利用该识别方法对简支梁结构进行了损伤识别数值研究。研究结果发现:基于特征正交分解的结构损伤识别方法能较好地识别出梁结构的损伤位置,并具有一定的抗噪能力。

计算近场地震作用下隔震结构支座破坏易损性曲线的概率凸集混合模型

用凸集模型模拟隔震结构参数的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,提出了计算近场地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构支座发生破坏的易损性曲线计算新方法;计算结果将给隔震支座力学参数的设计提供参考;通过计算对比可知,若不考虑结构参数不确定性将低估隔震支座破坏的地震易损性;对计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,隔震支座的力学参数(如屈服力、屈服后刚度等)对基底最大位移影响较大,上部结构质量的影响次之,而上部结构的刚度对其影响不大;此外,本文的研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震易损性曲线提供了一种新的思路和途径。

基于敏感性的结构损伤识别中的噪声分析

针对基于振动测试的结构损伤识别方法很容易受到环境噪声干扰的问题,提出了一种新的噪声分析方法,并结合Monte Carlo数值模拟技术研究了测量噪声对基于敏感性的损伤识别方法的影响.与普遍采用的摄动法不同,提出的方法直接由敏感性矩阵的Moore-Penrose广义逆推导得出.该方法不仅使得噪声分析过程更简洁而有效,并且能同时分析频率和振型噪声对于识别结果的影响.针对3种常用的基于敏感性的损伤识别方法,通过一个单层门式框架的仿真研究,表明了所提出的噪声分析方法的正确性和有效性.

大跨越输电塔-线体系风振控制研究

大跨越输电塔是一种高耸柔性结构,对动荷载,尤其是风荷载比较敏感,易产生较大的动力响应。对大跨越输电塔进行振动控制研究已成为电力工程与土木工程界的一个重要研究课题,既有其重要的理论意义,又有其重要的经济价值。该文以我国"十一五"期间的重大工程之一,特高压项目晋东南-南阳-荆门1000kV汉江大跨越输电线路工程为研究背景。介绍了橡胶铅芯阻尼器在输电塔-线体系风振控制中的应用;风速场的数值模拟;不同风向角动风作用下的风振控制效果研究。并通过对钢管的轴向变形、纯刚度的影响、静风荷载的响应和输电塔可靠度的研究,验证了阻尼器的控制效果。通过对五种风向角动风作用下塔身位移、主材内力的分析计算表明:所设计的控制方案在不同风向角作用下都能达到很好的减振效果,为将来类似的工程应用提供了参考。

某框架结构的抗震性能评估

以一个8层钢筋混凝土框架结构为研究对象,首先对其进行结构设计,得出各梁、柱截面尺寸及配筋布置;然后采用OpenSees程序对其中一榀框架建立二维模型,选择20条含明显速度脉冲的近场地震记录对该框架结构进行增量动力分析(IDA),同时选择20条典型远场地震记录以作对比分析。基于IDA分析的结果,从概率的角度对结构进行地震性能评估,得出结构在不同IM(Intensity Measure)参数及近场、远场地震作用下的超越概率、地震危险性曲线及年平均超越概率。通过对比分析发现,IM参数的选择对结构地震性能评估有很大影响。近场地震由于其较高的速度脉冲,使得结构的超越概率、平均超越频率及年平均超越概率均大于远场地震。