地震、風(fēng)激勵(lì)作用下高層建筑振動(dòng)控制的研究.pdf

1、近年來，在一系列強(qiáng)震、強(qiáng)風(fēng)作用下土木工程結(jié)構(gòu)的失效，導(dǎo)致了數(shù)以萬計(jì)的人員傷亡與數(shù)以億計(jì)的財(cái)產(chǎn)損失，給人類帶來了巨大的災(zāi)難。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是解決土木結(jié)構(gòu)在外界激勵(lì)下失效的有效方法。本文針對(duì)地震、風(fēng)激勵(lì)作用下高層建筑振動(dòng)控制的方法進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容包括： 1.針對(duì)國內(nèi)外學(xué)者多數(shù)集中于研究地震激勵(lì)作用下結(jié)構(gòu)線性反應(yīng)的振動(dòng)控制，本文著重研究了地震激勵(lì)高層建筑非線性反應(yīng)的半主動(dòng)控制。 2.介紹了地震激勵(lì)高層建筑非線性反應(yīng)控制基準(zhǔn)問

2、題的定義。增加了評(píng)價(jià)指標(biāo)P1、P2，分別反應(yīng)最大層間塑性側(cè)移角和各樓層層間塑性側(cè)移角之和。結(jié)合基準(zhǔn)問題中定義的十七個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，更加全面地反應(yīng)了結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形狀況，完善了基準(zhǔn)問題的定義。 3.創(chuàng)新地提出了地震激勵(lì)高層建筑非線性反應(yīng)的半主動(dòng)H∞控制。通過采用建議的靜力凝聚—狀態(tài)降階的方法，獲得20層基準(zhǔn)建筑較精確的控制器設(shè)計(jì)模型。通過觀測結(jié)構(gòu)的部分樓層加速度和半主動(dòng)控制力，構(gòu)建了適用于半主動(dòng)控制的Kalman-Bucy狀態(tài)估計(jì)器，

3、并設(shè)計(jì)了基于H∞控制理論的半主動(dòng)控制策略。H∞控制算法有效地考慮了地震荷載的不確定性。編制了程序?qū)κ芸亟Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性地震反應(yīng)數(shù)值仿真分析，同時(shí)，將結(jié)果與LQG控制結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。分析表明，半主動(dòng)H∞控制有效地抑制了高層建筑的非線性地震反應(yīng)，減小了強(qiáng)烈或罕遇地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。 4.創(chuàng)新地提出了地震激勵(lì)高層建筑非線性反應(yīng)的半主動(dòng)模型預(yù)測控制。建立了地震激勵(lì)高層建筑非線性反應(yīng)的多步預(yù)測模型，實(shí)際結(jié)構(gòu)中存在的非線性、時(shí)變、模型失配

4、、干擾(非平穩(wěn)隨機(jī)的地震荷載)等因素的影響，通過每一時(shí)間步的非線性地震反應(yīng)與模型預(yù)測輸出之間的誤差進(jìn)行模型的反饋校正；同時(shí)預(yù)測模型中還考慮時(shí)滯的影響。采用樓層加速度、半主動(dòng)控制力作為受控結(jié)構(gòu)的觀測輸出，建立了基于非線性預(yù)測模型的Kalman-Bucy狀態(tài)估計(jì)器。采用MR阻尼器用作控制裝置，提出了半主動(dòng)模型預(yù)測控制策略。編制了程序?qū)κ芸?0層基準(zhǔn)建筑的非線性地震反應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析；同時(shí)，將結(jié)果與LQG控制結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。分析表明，半主

5、動(dòng)模型預(yù)測控制能有效地抑制高層建筑的非線性地震反應(yīng)。半主動(dòng)模型預(yù)測控制是一種基于離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)字控制技術(shù)，易于對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)實(shí)施實(shí)時(shí)控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。 5.介紹了高層建筑風(fēng)振控制基準(zhǔn)問題的定義。創(chuàng)新地提出了高層建筑風(fēng)振反應(yīng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。利用受控系統(tǒng)的部分樓層加速度觀測輸出和控制力觀測輸出建立了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，解決了傳統(tǒng)控制中有限的傳感器數(shù)目對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)困難的矛盾；利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)構(gòu)的控制行為，消除了

6、閉環(huán)控制系統(tǒng)中存在的時(shí)滯；通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的學(xué)習(xí)功能，解決了土木工程復(fù)雜結(jié)構(gòu)模糊控制中，難于依據(jù)專家的主觀經(jīng)驗(yàn)來確定模糊控制規(guī)則和語言變量隸屬函數(shù)等困難，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中存在網(wǎng)絡(luò)層數(shù)量及隱層神經(jīng)元數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及權(quán)值意義難于確定等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的智能控制。以風(fēng)激勵(lì)高層建筑振動(dòng)控制的基準(zhǔn)問題為研究對(duì)象，編制了程序?qū)κ芸叵到y(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值分析，同時(shí)，將結(jié)果與LQG控制結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。分析表明，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略能有效地抑制高