多維多點地震激勵的大跨度空間結(jié)構(gòu)磁流變阻尼器半主動控制.pdf

1、近年來，我國已經(jīng)建成了許多規(guī)模宏大的大跨度空間建筑。由于自由度龐大、空間受力復(fù)雜等特點，大跨度空間結(jié)構(gòu)的抗震安全性越來越受到工程界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。磁流變(MR)阻尼器是一種新型半主動控制裝置，在土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制中得到了廣泛的應(yīng)用研究，然而針對大跨度空間結(jié)構(gòu)振動控制的應(yīng)用研究還鮮見報道。本文針對大跨度空間結(jié)構(gòu)特點，深入研究了基于MR阻尼器的半主動控制算法，并系統(tǒng)研究了應(yīng)用MR阻尼器對多維多點地震激勵的大跨度空間結(jié)構(gòu)的半主動控制，

2、從而建立了多維多點地震激勵的大跨度空間結(jié)構(gòu)基于MR阻尼器的智能半主動控制體系。論文主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：
　　 (1)研究了多維地震激勵的大跨度空間結(jié)構(gòu)的MR阻尼器半主動控制。將MR阻尼器半主動控制系統(tǒng)應(yīng)用到三維空間結(jié)構(gòu)中，推導(dǎo)了線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)空間最優(yōu)控制力的表達式，并由此建立了空間結(jié)構(gòu)的LQR半主動控制算法。數(shù)值模擬分析了一個安裝有MR阻尼器半主動控制系統(tǒng)的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在多維地震激勵下的控制效果。研究表明，基

3、于MR阻尼器的半主動控制系統(tǒng)對多維地震激勵下的大跨度空間結(jié)構(gòu)具有較為理想的控制效果，可以有效地降低大跨度空間結(jié)構(gòu)的位移和加速度反應(yīng)。
　　 (2)研究了MR阻尼器基于信賴域的瞬時最優(yōu)半主動控制算法。從磁流變阻尼器的性能出發(fā)，利用精細積分法將半主動控制問題描述成帶有約束的最小值優(yōu)化問題，提出了一種基于信賴域的瞬時最優(yōu)半主動控制算法。通過一三層框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬以及在dSPACE平臺上一懸臂梁的模型試驗對該控制算法的有效性進行了驗證

4、。研究表明，所提出的基于信賴域的瞬時最優(yōu)半主動控制算法在結(jié)構(gòu)均方根值反應(yīng)的控制上有更好的控制效果；且當結(jié)構(gòu)中采用多個阻尼器時的控制效果較傳統(tǒng)控制算法更具優(yōu)越性。同時發(fā)現(xiàn)，半主動控制器時間步長的選取對該控制算法的控制效果有很大的影響。
　　 (3)研究了多維多點地震激勵的大跨度空間結(jié)構(gòu)基于信賴域的MR阻尼器瞬時最優(yōu)半主動控制。建立了多維多點激勵下大跨度空間結(jié)構(gòu)振動控制方程，將基于信賴域的瞬時最優(yōu)半主動控制算法應(yīng)用于多維多點激勵的大

5、跨度空間結(jié)構(gòu)振動控制。針對大跨度空間結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的特點，數(shù)值模擬分析了應(yīng)用該信賴域瞬時最優(yōu)半主動控制算法對一致激勵或具有不同視波速的行波激勵的大跨度空間結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的控制效果。研究表明，在多維多點地震激勵下，所建立的半主動控制系統(tǒng)可以有效地控制大跨度空間結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)；且所提出的基于信賴域的瞬時最優(yōu)半主動控制算法具有更好的穩(wěn)定性和更優(yōu)越的控制效果。
　　 (4)研究了不同激勵下大跨度空間結(jié)構(gòu)基于小波包分解的MR阻尼器模態(tài)半主動控

6、制。針對大跨度空間結(jié)構(gòu)自由度龐大、頻率密集的特點，引入小波包分解方法對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)信號進行分解，通過比較不同頻段的小波包能量，確定結(jié)構(gòu)主要參振振型，設(shè)計模態(tài)控制器，從而改進了傳統(tǒng)的模態(tài)半主動控制算法。其中所設(shè)計的Kalman濾波估計器可大幅度減小控制方程的維數(shù)和控制系統(tǒng)所需的傳感器數(shù)目，從而提高了半主動控制系統(tǒng)的效率和實用性。數(shù)值仿真分析了應(yīng)用基于小波包分解的模態(tài)半主動控制算法對豎向地震激勵的某體育場挑篷結(jié)構(gòu)和一受多維多點地震激勵的大